西南交通大學(xué)侯聶,,宋文勝等:雙向全橋DC-DC變換器的負(fù)載電流前饋控制方法

雙向全橋DC-DC變換器的負(fù)載電流前饋控制方法

侯聶,,宋文勝,,武明義

DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2016.09.021

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項(xiàng)目背景
  隨著電力電子器件的發(fā)展以及智能電網(wǎng)和電力電子變壓器機(jī)車等系統(tǒng)發(fā)展的需要,,用新一代高功率隔離的變換系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)工頻變壓器成為了發(fā)展的熱點(diǎn),。其中,,雙向全橋DC-DC變換器因具有電氣隔離,、功率密度高,、傳輸能量高,、能量能雙向流動(dòng)及模塊級(jí)聯(lián)容易等優(yōu)點(diǎn),將被作為新一代隔離變換系統(tǒng)的核心電路,。在隔離變換系統(tǒng)中,,變換器需要優(yōu)良的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能,因此提升變換器動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,,尤其是在負(fù)載發(fā)生變化的情況,,是雙向全橋DC-DC變換器特性研究的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。本文正是基于上述問(wèn)題,,探討變換器在負(fù)載突變情況下的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制,。  
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論文所解決的問(wèn)題及意義
  為提高雙向全橋DC-DC變換器在負(fù)載突變情況下變換器的動(dòng)態(tài)控制性能,,本文基于變換器功率守恒原則提出一種適合于雙向全橋DC-DC變換器的負(fù)載電流前饋控制方法,。該電流前饋控制方法對(duì)變換器電感參數(shù)無(wú)依賴性,提高了控制的兼容性和可移植性,,且能顯著地提高變換器在負(fù)載發(fā)生突變情況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能,。  
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論文重點(diǎn)內(nèi)容
  論文基于傳統(tǒng)單相移控制方法,,提出了一種針對(duì)雙向全橋DC-DC變換器的負(fù)載電流前饋控制方法,。傳統(tǒng)單相移控制方法是雙向全橋DC-DC變換器典型應(yīng)用的方法,如圖1所示,。

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圖1 ?傳統(tǒng)移控制方法示意圖

該負(fù)載電流前饋控制方法結(jié)構(gòu)如圖2所示,在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期的起始時(shí)刻,,控制系統(tǒng)同時(shí)采集輸出電壓Uo??和負(fù)載電流io?,,輸出電壓給定值U*o?與其實(shí)際值Uo??的差值經(jīng)過(guò)PI控制器得到虛擬輸出電壓給定值U*p?,考慮到U*p?與輸出電壓Uo?的正相關(guān)性,,可視之為虛擬輸出電壓給定值來(lái)保證輸出電壓的穩(wěn)定,。然后,,根據(jù)輸出電壓給定值U*o?、虛擬輸出電壓給定值U*p?,、輸出電壓Uo?以及負(fù)載電流io?得到相移控制量D,,其控制模型如式(1)所示。

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圖2 ?DAB DC-DC變換器負(fù)載電流前饋控制結(jié)構(gòu)示意圖

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為了驗(yàn)證該電流前饋控制方法對(duì)變換器電感參數(shù)的無(wú)依賴性,搭建硬件在環(huán)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái),,設(shè)置負(fù)載每間隔0.1s突變一次,,電阻由15Ω突變到20Ω,再由20Ω突變到15Ω,,這樣循環(huán)切換負(fù)載,。圖3(a)、(b)分別給出了電感為1.5 mH和1.75 mH時(shí),,在電流前饋控制方法下,,輸出電壓Uo?、負(fù)載電流io?和電感電流iL的實(shí)驗(yàn)波形圖,。

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圖3 ?不同電感參數(shù)下負(fù)載突變Uo?、io??和iL?的實(shí)驗(yàn)波形

為進(jìn)一步驗(yàn)證在負(fù)載變化時(shí),,采用本文提出的負(fù)載電流前饋控制方法能提高雙向全橋DC-DC變換器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能,,搭建基于TMS320F28335控制器的實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái),其實(shí)物照片如圖4所示,。

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圖4全橋隔離DC/DC變換器實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

基于圖4所示實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),圖5(a),、 (b)分別給出負(fù)載突增(負(fù)載電阻由20Ω變換到15Ω),,負(fù)載突減(負(fù)載電阻由15Ω變換到20Ω)的實(shí)驗(yàn)波形。

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圖5 負(fù)載突變時(shí)輸出電壓,、電感電流和負(fù)載電流實(shí)驗(yàn)波形

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結(jié)論
  本文提出的電流前饋控制方法能夠顯著提高變換器對(duì)負(fù)載突變的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能,在輸出電流突變時(shí),,輸出電壓基本保持穩(wěn)定,;本文提出的電流前饋控制方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)電感參數(shù)無(wú)依賴性,控制系統(tǒng)無(wú)需準(zhǔn)確的電感參數(shù),,這也提高了控制系統(tǒng)的兼容性和可移植性,。 
引文信息

侯聶,,宋文勝,,武明義. 雙向全橋DC-DC變換器的負(fù)載電流前饋控制方法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2016,,36(9): 2478-2485.

Hou Nie, Song Wensheng, Wu Mingyi. A load current feedforward control scheme of dual active bridge DC/DC converters[J]. Proceedings of the CSEE, 2016,36(9): 2478-2485(in Chinese).

團(tuán)隊(duì)介紹

  西南交通大學(xué)列車控制與牽引傳動(dòng)研究室建立于2000年,,以國(guó)家重點(diǎn)(培育)學(xué)科“電力電子與電力傳動(dòng)”為依托,以軌道交通行業(yè)為背景,,重點(diǎn)開(kāi)展“電力電子與電力傳動(dòng)”,、“軌道交通自動(dòng)化與電氣化”博士點(diǎn)方向的教學(xué)和科研工作。主要研究方向?yàn)殡娏恳齻鲃?dòng)控制,、列車運(yùn)行優(yōu)化控制與仿真技術(shù),。自2000年以來(lái),研究室針對(duì)列車牽引傳動(dòng)與運(yùn)行控制方面的關(guān)鍵技術(shù),,對(duì)列車牽引傳動(dòng)控制與調(diào)制,、牽引傳動(dòng)系統(tǒng)半實(shí)物建模與實(shí)時(shí)仿真、列車輔助駕駛與優(yōu)化操縱控制等進(jìn)行深入研究,。近年來(lái),,先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目4項(xiàng)、國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目子課題5項(xiàng),,鐵道部重點(diǎn)項(xiàng)目以及企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目30余項(xiàng),,發(fā)表論文150余篇,其中SCI/EI檢索80余篇,;先后出版國(guó)家“十一五”規(guī)劃教材《電力牽引交流傳動(dòng)及其控制系統(tǒng)》和學(xué)術(shù)專著《電力牽引交流傳動(dòng)控制與調(diào)制技術(shù)》,,申請(qǐng)專利受理20余項(xiàng),已獲取專利授權(quán)4項(xiàng),,軟件著作權(quán)3項(xiàng),,已培養(yǎng)畢業(yè)博士10人,碩士80余人,。

西南交通大學(xué)侯聶,,宋文勝等:雙向全橋DC-DC變換器的負(fù)載電流前饋控制方法

侯聶(1990),男,,碩士研究生,,從事電力電子變換器的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制方面研究及其應(yīng)用。

  宋文勝(1985),,男,,工學(xué)博士,講師,,碩士生導(dǎo)師,,西南交通大學(xué)首屆“雛鷹學(xué)者”計(jì)劃入選者。分別于2006,、2011年獲得西南交通大學(xué)電子信息工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位,、電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)博士學(xué)位,。先后于2009、2015年在美國(guó)加州大學(xué)歐文分校,、加拿大阿爾伯塔大學(xué)訪問(wèn)學(xué)習(xí),。近年來(lái),主持國(guó)家自然科學(xué)(面上)基金1項(xiàng),、國(guó)家自然科學(xué)(青年)基金1項(xiàng),、企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目3項(xiàng);主研國(guó)家自然科學(xué)(面上)基金1項(xiàng),、主研完成國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題3項(xiàng),,企業(yè)合作技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目3項(xiàng)。在《IEEE Trans. Power Electronics》,、《IEEE Trans. Industrial Electronics》,、《IET Power Electronics》、《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》等國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表EI期刊論文50余篇,,其中SCI收錄10篇,。申請(qǐng)發(fā)明專利10余項(xiàng)。曾獲“2015年度《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》優(yōu)秀作者”,、“2015年度《Journal of Modern Power Systems and Clean Energy》期刊優(yōu)秀審稿人”,。

發(fā)表評(píng)論

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