基于雙有源雙橋變換器的雙向DC/DC接口技術的研究

李佳佳 樊曉虹 張臣臣 王吉祥 萬思鵬

摘?要：隨著微電網的快速發展和大量接入，能量路由器應運而生。本文主要研究基于雙有源雙橋（Dual-active-bridge，DAB）變換器的能量路由器控制策略。通過MATLAB平臺搭建仿真模型，仿真結果表明，該控制方法可實現在并網/孤島模式下保持直流母線電壓恒定。

關鍵詞：微電網;雙有源雙橋變換器;解耦控制

1 緒論

隨著新能源發電的快速發展，傳統電網的架構已經無法滿足多種能源同時接入的要求，能源互聯的概念應運而生。[1]能量路由器作為能量互聯系統的核心裝置，對于可再生能源的高效消納和大電網的安全穩定運行非常重要。能量路由器能夠為各種類型的新能源、負載甚至大電網提供靈活并且標準化的電力電子接口。[1]本文提出了一種基于DAB變換器的雙向DC/DC變換器控制策略，并在MATLAB/Simulink對其仿真驗證。

2DAB控制策略

文獻[2]已對能量路由器的工作原理進行了詳細介紹，本文不再贅述。如圖1所示為是采用PI控制器的單個DAB子模塊的穩壓控制框圖。

其中：

Uoref——輸出電壓參考值;

Ig——輸出電流;

Kup——比例環節;

Uo——輸出電壓。

為了解決單個DAB模塊的開關管不能承受高電壓的問題，本文采用n個DAB子模塊輸入串聯輸出并聯（input-series and output-parallel，ISOP）組合的形式。[3]本文推導出控制量與被控制量之間的傳遞函數如下式：

GDsiusi（s）=usiΛDsi

DΛ=0DΛsj=0（i≠j）

=ThsntUo（1-2D）SCsL=A（s）

GDsjusi（s）=usiΛDsjΛ

DΛ=0DΛsi=0（i≠j）

=0

GDusi（s）=usiΛDsiΛDΛsi=0=0

GDsiuo（s）=usiΛDsi

DΛ=0=0

GDuo（s）=uoΛDsiΛ

DΛsi=0

=ThsntUin（1-2D）L（sCp+1/RL）=B（s）（1）

其中：

D——輸出電壓環路產生的移相比;

Dsi——輸入環路產生移相比;

usi——輸入電壓;

uo——輸入電壓;

D︿——移相修正比;

usi︿——修正輸入電壓值;

uo︿ ——修正輸出電壓值。

由式（1）可得如圖2所示的解耦控制框圖：

3 仿真驗證

在MATLAB中對本文所提出的DC-DC解耦控制策略進行仿真，圖3為加入穩壓控制之后輸出電壓環路的Bode圖。圖4為均壓控制后的電壓波形。

從圖3可知，補償后低頻區增益與穿越頻率都得到了改善，幅值裕度無窮大，相位裕度較大，系統具有良好的穩定性與快速性。

由圖4可知，在負載突然發生變化時電壓僅會產生微小的波動，并且可迅速恢復穩定。

參考文獻：

[1]安笑蕊.電能路由器的研究與應用[D].天津大學，2014.

[2]徐夢超，邰能靈，黃文燾，等.基于社區能源網的電能路由器設計[J].電力系統保護與控制，2016，44（23）：177-183.

[3]孫賀.直流微網雙向DC/DC接口技術的研究[D].華北電力大學，2018.