本發(fā)明屬于三相雙有源橋式直流變換器
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于npc的三相雙有源橋式直流變換器的瞬時(shí)電流控制方法。
背景技術(shù)：
：基于npc的三相雙有源橋式直流變換器由一個(gè)三相高頻變壓器和兩個(gè)三電平npc的三相橋式電路構(gòu)成，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。它是一種隔離型雙向直流變換器。它具有高功率密度、較低的開關(guān)應(yīng)力和易于實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。npc相對于普通三相橋式拓?fù)渚哂须娖綌?shù)多，耐壓高，電流紋波更小，從而使濾波更容易等優(yōu)點(diǎn)。另外，與單相的變換器相比，這種變換器采用三相交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)，提高了功率等級的同時(shí)也減小了濾波器體積。它適用于中、大功率場合，適合應(yīng)用于混合動力汽車、電力電子變壓器以及智能電網(wǎng)能量存儲系統(tǒng)等。對于三相雙有源橋式直流變換器，在處于穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，改變其控制變量，會造成三相高頻變壓器中的三相電流出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，嚴(yán)重的話，甚至導(dǎo)致變換器兩側(cè)的直流電流產(chǎn)生振蕩，并以τ＝ls/rs為時(shí)間常數(shù)逐漸衰減。其中，ls為三相變壓器中每相等效電感值，rs為三相變壓器中每相等效電阻值。在實(shí)際的變換器設(shè)計(jì)過程中，為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)直流側(cè)較寬的電壓變化范圍，三相變壓器中每相等效電感值ls需要被設(shè)計(jì)得較大，同時(shí)三相變壓器中每相等效電阻值rs則需要被設(shè)計(jì)得較小以減小線路損耗。因此，時(shí)間常數(shù)往往會變得比較大，進(jìn)而使得變換器中三相電感電流振蕩衰減時(shí)間較長。現(xiàn)有的改善上述現(xiàn)象的控制方法，都是針對傳統(tǒng)的移相調(diào)制策略所提出的。這種調(diào)制策略只有一個(gè)控制量，即兩個(gè)三相橋中相應(yīng)開關(guān)器件的驅(qū)動信號之間的移相角通過改變移相角的大小和正負(fù)，就可以控制傳輸功率的大小和方向。此時(shí)，兩個(gè)三相橋式電路的占空比固定且均為0.5。相應(yīng)的控制方法是在移相角變化的時(shí)候引入一個(gè)過渡區(qū)間，通過對該區(qū)間內(nèi)移相角大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得三相電感電流在過渡區(qū)間內(nèi)迅速達(dá)到新的平衡。然而，對于引入兩個(gè)三相橋式電路的占空比作為另外兩個(gè)控制變量的占空比加移相調(diào)制策略來說，當(dāng)改變兩個(gè)占空比指令時(shí)，三相電感電流同樣會出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，從而引起變換器兩側(cè)的直流電流產(chǎn)生振蕩。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于npc的三相雙有源橋式直流變換器的瞬時(shí)電流控制方法，該控制方法在單獨(dú)或同時(shí)改變兩個(gè)占空比指令時(shí)，能夠通過調(diào)節(jié)過渡區(qū)間內(nèi)占空比大小，使得變壓器三相電感電流分別僅經(jīng)過5/3個(gè)開關(guān)周期的過渡區(qū)間就可達(dá)到平衡，從而減小變換器兩側(cè)的直流電流振蕩。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：基于npc的三相雙有源橋式直流變換器的瞬時(shí)電流控制方法，包括以下步驟：在三相變換器處于穩(wěn)態(tài)的情況下，當(dāng)v1側(cè)和v2側(cè)兩個(gè)三相橋式電路的相電壓占空比指令d1,1和d2,1單獨(dú)或同時(shí)改變?yōu)閐1,2和d2,2時(shí)，通過調(diào)節(jié)過渡區(qū)間內(nèi)占空比大小的方法，使得變壓器三相電感電流分別經(jīng)過5/3個(gè)開關(guān)周期的過渡區(qū)間達(dá)到平衡；其中，三相橋式電路中相電壓的占空比是指在一個(gè)開關(guān)周期ts內(nèi)每個(gè)相電壓函數(shù)為umx(t)為1或-1的時(shí)間占整個(gè)開關(guān)周期的比例，且占空比均小于或等于1；相電壓函數(shù)的值為1代表該相輸出正電平，其值為0代表該相輸出0電平，值為-1代表該相輸出負(fù)電平；m＝1或2，分別代表v1側(cè)和v2側(cè)的三相橋式電路，x＝a，b，c，分別代表三個(gè)橋臂。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，過渡區(qū)間為5/3個(gè)開關(guān)周期的瞬時(shí)電流控制方法為：對于任一側(cè)三相橋式電路，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)占空比為d1,1，以a相相電壓函數(shù)um,a(t)上升沿時(shí)刻為0時(shí)刻，再經(jīng)過(d11ts)/2進(jìn)入過渡區(qū)間；進(jìn)入過渡區(qū)間后a相占空比指令改為過渡占空比d11δ，即從0時(shí)刻繼續(xù)使a相開關(guān)函數(shù)um,a(t)保持為1或-1的狀態(tài)，持續(xù)(d11δts)/2的時(shí)間后變?yōu)?；從0時(shí)刻經(jīng)過ts/3，b相相電壓函數(shù)um,b(t)經(jīng)過(d11ts)/2后，占空比指令改為過渡占空比d11δ，即從ts/3時(shí)刻經(jīng)過(d11ts)/2的時(shí)間，b相開關(guān)函數(shù)um,b(t)為1或-1的狀態(tài)，繼續(xù)持續(xù)(d11δts)/2的時(shí)間后變?yōu)?；從0時(shí)刻經(jīng)過2ts/3，c相相電壓函數(shù)um,c(t)經(jīng)過(d11ts)/2后，占空比指令改為過渡占空比d11δ，即從2ts/3時(shí)刻經(jīng)過(d11ts)/2的時(shí)間，c相開關(guān)函數(shù)um,c(t)為1或-1的狀態(tài)，繼續(xù)持續(xù)(d11δts)/2的時(shí)間后變?yōu)?。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，過渡區(qū)間內(nèi)的兩個(gè)過渡占空比的表達(dá)式分別為：其中，fs＝1/ts，為開關(guān)頻率；τ＝ls/rs，為時(shí)間常數(shù)；ls為三相變壓器中每相等效電感值；rs為三相變壓器中每相等效電阻值。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，通常情況下，時(shí)間常數(shù)與開關(guān)頻率的乘積較大，因此過渡區(qū)間內(nèi)的兩個(gè)過渡占空比的表達(dá)式能夠分別簡寫為：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：本發(fā)明能夠在直流變換器的功率傳輸發(fā)生變化時(shí)，單獨(dú)或同時(shí)改變直流變換器中各相相電壓函數(shù)的占空比指令，通過調(diào)節(jié)過渡區(qū)間即暫態(tài)過程中，各相相電壓函數(shù)的占空比大小，使得變壓器中三相電感電流僅經(jīng)過5/3個(gè)開關(guān)周期的過渡區(qū)間就可達(dá)到平衡。和傳統(tǒng)控制策略相比，縮短了變換器暫態(tài)時(shí)間，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。進(jìn)一步地，本發(fā)明解決了在占空比控制量在發(fā)生變化的瞬時(shí)，直流變換器在暫態(tài)過程帶來的三相電感電流不平衡且出現(xiàn)直流偏置這一問題。通過對變換器穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的分析，在兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之間引入了各相相電壓函數(shù)的暫態(tài)占空比，有效的減小暫態(tài)過程，且大大的減小其振蕩幅值和時(shí)間，降低因?yàn)槿嚯姼须娏鞑黄胶饧捌脤?dǎo)致的變壓器磁飽和問題的可能，，保證直流變換器正常工作，從而改善了變換器的動態(tài)性能。附圖說明圖1為基于npc的三相雙有源橋式直流變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；圖2為穩(wěn)態(tài)時(shí)變換器六個(gè)相電壓函數(shù)變化情況；圖3為傳統(tǒng)控制方式下變換器六個(gè)相電壓函數(shù)變化情況；圖4為暫態(tài)電流控制方式下變換器六個(gè)相電壓函數(shù)變化情況；圖5為5/3傳統(tǒng)控制方式下變換器三相電流；圖6為5/3瞬時(shí)電流控制方式下變換器三相電流。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。基于npc的三相雙有源橋式直流變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，假設(shè)功率是從v1側(cè)流向v2側(cè)，則v1是輸入側(cè)直流電壓，v2是輸出側(cè)直流電壓。考慮三相對稱的情況，la、lb和lc分別是變壓器的三相漏感或附加電感，其感值均為ls；ra、rb和rc分別是三相線路電阻，其感值均為rs；ia、ib和ic分別是變壓器三相電感電流。三相高頻變壓器的變比為n:1。穩(wěn)態(tài)時(shí)各相相電壓函數(shù)如圖2所示。設(shè)定三相雙有源橋式直流變換器的一組基本參數(shù)如表1所示。表1參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值v1側(cè)電壓穩(wěn)態(tài)值v1100v開關(guān)頻率fs20khzv2側(cè)電壓穩(wěn)態(tài)值v260v額定傳輸功率po400wv1側(cè)輸入電容ci5000μf三相電阻rs＝ra＝rb＝rc0.2ωv2側(cè)輸出電容co500μf三相電感l(wèi)s＝la＝lb＝lc35μh變壓器變比n1在三相雙有源橋式直流變換器的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，采用可以實(shí)現(xiàn)電感電流有效值最低的占空比加移相調(diào)制策略。這種調(diào)制策略下有三個(gè)控制變量：v1側(cè)和v2側(cè)兩個(gè)三相橋式電路的占空比分別為d1和d2，以及兩側(cè)三相橋式電路相應(yīng)相開關(guān)函數(shù)基波之間的移相比df。其中占空比指在一個(gè)開關(guān)周期ts內(nèi)每相相電壓為正電壓持續(xù)的時(shí)間占整個(gè)開關(guān)周期的比例。對于表1中的基本參數(shù)，可以得到在這種調(diào)制策略下，變換器處于穩(wěn)態(tài)時(shí)的三個(gè)控制變量分別為：占空比d1為0.2598、d2為0.3885，移相角df為0.2006。假設(shè)此時(shí)由于傳輸功率或其它控制需求的變化，兩個(gè)占空比d1和d2需要發(fā)生變化，分別從穩(wěn)態(tài)情況下的d1,1＝0.2598和d2,1＝0.3885，改變至d1,2＝0.4159和d2,2＝0.4643，移相比保持不變。傳統(tǒng)控制的相電壓函數(shù)如圖3所示，在傳統(tǒng)控制方式下，兩個(gè)占空比變量會直接根據(jù)指令值的不同完成改變，三相電感電流仿真結(jié)果如圖5所示，功率指令發(fā)生變化后，b相與c相電流出現(xiàn)了明顯的偏置現(xiàn)象，有可能對變壓器造成磁飽和現(xiàn)象，使變壓器不能正常工作；同時(shí)在暫態(tài)過程中三相電流不對稱，且經(jīng)過很長的暫態(tài)才能達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)，影響變換器的動態(tài)性能。當(dāng)使用本發(fā)明中具有5/3個(gè)開關(guān)周期的過渡區(qū)間的瞬時(shí)電流控制方法時(shí)，三相雙有源橋式直流變換器的相電壓函數(shù)變化過程圖如圖5所示。過渡區(qū)間內(nèi)的兩個(gè)過渡占空比的表達(dá)式為：式中，fs＝1/ts，為開關(guān)頻率；τ＝ls/rs，為時(shí)間常數(shù)。根據(jù)表1中變換器的參數(shù)可以得到τ＝ls/rs＝1.75×10-4。將其占空比始末值分別代入式(1)和式(2)，可以得到v1側(cè)三相橋的兩個(gè)過渡占空比分別為d1,1δ＝0.3739和d1,2δ＝0.3216，v2側(cè)三相橋的兩個(gè)過渡占空比分別為d2,1δ＝0.4439和d2,2δ＝0.4184。對于v1側(cè)三相橋，以a相相電壓函數(shù)u1,a(t)上升沿時(shí)刻為0時(shí)刻，再經(jīng)過(d11ts)/2進(jìn)入過渡區(qū)間；進(jìn)入過渡區(qū)間后a相占空比指令改為過渡占空比d11δ，即從0時(shí)刻繼續(xù)使a相開關(guān)函數(shù)u1,a(t)保持為1或-1的狀態(tài)，持續(xù)(d11δts)/2的時(shí)間后變?yōu)?；從0時(shí)刻經(jīng)過ts/3，b相相電壓函數(shù)u1,b(t)經(jīng)過(d11ts)/2后，占空比指令改為過渡占空比d11δ，即從ts/3時(shí)刻經(jīng)過(d11ts)/2的時(shí)間，b相開關(guān)函數(shù)u1,b(t)為1或-1的狀態(tài)，繼續(xù)持續(xù)(d11δts)/2的時(shí)間后變?yōu)?；從0時(shí)刻經(jīng)過2ts/3，c相相電壓函數(shù)u1,c(t)經(jīng)過(d11ts)/2后，占空比指令改為過渡占空比d11δ，即從2ts/3時(shí)刻經(jīng)過(d11ts)/2的時(shí)間，c相開關(guān)函數(shù)u1,c(t)為1或-1的狀態(tài)，繼續(xù)持續(xù)(d11δts)/2的時(shí)間后變?yōu)?。對于v2側(cè)三相橋，以a相相電壓函數(shù)u2,a(t)上升沿時(shí)刻為0時(shí)刻，再經(jīng)過(d11ts)/2進(jìn)入過渡區(qū)間；進(jìn)入過渡區(qū)間后a相占空比指令改為過渡占空比d11δ，即從0時(shí)刻繼續(xù)使a相開關(guān)函數(shù)u2,a(t)保持為1或-1的狀態(tài)，持續(xù)(d11δts)/2的時(shí)間后變?yōu)?；從0時(shí)刻經(jīng)過ts/3，b相相電壓函數(shù)u2,b(t)經(jīng)過(d11ts)/2后，占空比指令改為過渡占空比d11δ，即從ts/3時(shí)刻經(jīng)過(d11ts)/2的時(shí)間，b相開關(guān)函數(shù)u2,b(t)為1或-1的狀態(tài)，繼續(xù)持續(xù)(d11δts)/2的時(shí)間后變?yōu)?；從0時(shí)刻經(jīng)過2ts/3，c相相電壓函數(shù)u2,c(t)經(jīng)過(d11ts)/2后，占空比指令改為過渡占空比d11δ，即從2ts/3時(shí)刻經(jīng)過(d11ts)/2的時(shí)間，c相開關(guān)函數(shù)u2,c(t)為1或-1的狀態(tài)，繼續(xù)持續(xù)(d11δts)/2的時(shí)間后變?yōu)?三相電流仿真結(jié)果如圖6所示。圖中功率指令發(fā)生變化后，三相電感電流經(jīng)過不到兩個(gè)開關(guān)周期的暫態(tài)時(shí)間就能達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)，大大降低因?yàn)槿嚯姼须娏鞑黄胶馇覝p小其振蕩幅值和時(shí)間，降低了變壓器磁飽和的可能，從而改善了變換器的動態(tài)性能。當(dāng)前第1頁12