王毅， 許愷， 陳驥群

(1.華北電力大學(xué)(保定) 新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071003；2.河北省電力公司保定供電局，河北 保定 071051)

雙向隔離型DC-DC變換器的雙移相優(yōu)化控制

王毅1， 許愷2， 陳驥群2

(1.華北電力大學(xué)(保定) 新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071003；2.河北省電力公司保定供電局，河北 保定 071051)

針對(duì)雙向隔離型DC-DC變換器采用雙移相控制策略時(shí)會(huì)減小開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)“軟開(kāi)關(guān)”的范圍，使系統(tǒng)效率降低的問(wèn)題，提出了一種優(yōu)化控制算法。該控制算法以抑制系統(tǒng)回流功率和擴(kuò)大開(kāi)關(guān)管軟開(kāi)關(guān)范圍為約束條件，優(yōu)選出系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)。搭建了硬件電路，對(duì)所提控制策略進(jìn)行驗(yàn)證，可知系統(tǒng)在該最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)下，回流功率僅為傳輸有功功率的1%，同時(shí)系統(tǒng)效率也達(dá)到了最高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用所提的優(yōu)化控制算法能夠協(xié)調(diào)系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)管“軟開(kāi)關(guān)”的范圍和回流功率的要求，使系統(tǒng)在滿(mǎn)足橋臂功率管“軟開(kāi)關(guān)”條件的同時(shí)，得到更小的回流功率。

雙向DC-DC全橋；雙移相；回流功率；軟開(kāi)關(guān)；優(yōu)化控制

0 引 言

使用電力電子變壓器取代傳統(tǒng)工頻變壓器為機(jī)車(chē)牽引系統(tǒng)供電，對(duì)其小型化和輕量化有重要意義，因而成為牽引傳動(dòng)系統(tǒng)向高速、大功率方向的發(fā)展的新熱點(diǎn)[1-6]。雙向隔離型DC-DC變換器因具有高可靠性、高功率密度、功率雙向流動(dòng)等特點(diǎn)[7-12]，已成為電力電子牽引變壓器(power electronic traction transformer，PETT)高頻化的核心變換單元，其電路參數(shù)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)PETT性能有重要影響。由于在為PETT進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮減重、效率以及供電質(zhì)量等不同指標(biāo)要求，因而對(duì)雙向隔離型DC-DC變換器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

在設(shè)備高頻化減重的同時(shí)，隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高使變換器中功率管的開(kāi)關(guān)損耗有所增加，導(dǎo)致系統(tǒng)變換效率降低。為此，雙向隔離型DC-DC變換器控制方式通常采用移相控制策略[13-17]。傳統(tǒng)的單移相控制較為成熟，通過(guò)調(diào)節(jié)原副邊電壓的相角差，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸功率的大小和方向的控制[18-19]。它具有容易實(shí)現(xiàn)“軟開(kāi)關(guān)”、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。功率管通過(guò)“軟開(kāi)關(guān)”，可有效減小變換器開(kāi)關(guān)損耗，提高系統(tǒng)效率。然而由于單移相控制為單自由度控制，無(wú)法對(duì)回流功率進(jìn)行有效抑制，較高的回流功率將導(dǎo)致變換器產(chǎn)生較高的電流應(yīng)力和輸出電壓紋波。其中，較高的電流應(yīng)力不利于電力電子器件的選擇；較大的電壓紋波，則需增加直流濾波電容器的容量，不利于牽引變壓器輕量化的實(shí)現(xiàn)。為此有學(xué)者提出了雙移相控制策略[20]，在橋臂外移相的基礎(chǔ)上加入橋臂內(nèi)移相。文獻(xiàn)[21]對(duì)雙移相控制下變換器傳輸功率、回流功率和電流應(yīng)力特性進(jìn)行了深入研究，但未對(duì)雙移相控制下變換器開(kāi)關(guān)管的“軟開(kāi)關(guān)”特性進(jìn)行深入分析。文獻(xiàn)[22]指出在雙移相控制下，增大內(nèi)移相角可使變換器的回流功率得到有效抑制，但同時(shí)使開(kāi)關(guān)管的“軟開(kāi)關(guān)”范圍減小，導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低。在以上研究的基礎(chǔ)上，提出一種基于最小回流功率的閉環(huán)控制策略，該方法可有效地抑制變換器的回流功率，減小系統(tǒng)損耗，提高變換器的效率。然而該控制算法未考慮了功率開(kāi)關(guān)管的“軟開(kāi)關(guān)”范圍裕度以及變換器在牽引變壓器系統(tǒng)中的應(yīng)用，其性能指標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)還不完善。

首先對(duì)雙移相控制策略回流功率和軟開(kāi)關(guān)特性以及二者的關(guān)系進(jìn)行深入研究，并在此基礎(chǔ)上，提出一種雙移相優(yōu)化控制算法，該控制算法考慮了功率開(kāi)關(guān)管“軟開(kāi)關(guān)”范圍裕度，通過(guò)內(nèi)移相角的優(yōu)選，有效減小變換器的回流功率和系統(tǒng)損耗，從而提高變換器的效率以及PETT的綜合性能。

1 雙向隔離型DC-DC變換器數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

1.1 電路拓?fù)?/p>

圖1為電力電子牽引變壓器整機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，DC-DC變換器為其重要組成部分。此處主要針對(duì)雙向全橋隔離型DC-DC變換器控制策略進(jìn)行研究，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中Tr為高頻變壓器，變比為n，L為將變壓器漏感歸算至原邊的等效電感。Vdc1和Vdc2為變換器兩側(cè)等效電壓。

圖1 電力電子牽引變壓器整機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.1 Overall unit topology structure diagram of power electronic traction transformer

圖2 全橋隔離型DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2 Topology of the full bridge isolated DC-DC converter

1.2 雙移相控制工作原理

為便于構(gòu)建雙向隔離型DC-DC變換器在雙移相控制下的數(shù)學(xué)模型，下文將介紹雙移相控制的工作原理。

雙移相控制是一種在原副邊橋外移相的基礎(chǔ)上，加入單側(cè)橋壁內(nèi)移相的控制方式。在單移相控制下，由于相移的存在，在有功功率傳輸過(guò)程中，電感電流與原邊側(cè)電壓存在相位相反的階段，此時(shí)傳輸功率為負(fù)，即功率回流到電源中，此功率稱(chēng)為回流功率。在傳輸功率一定時(shí)，回流功率增加，將增大電感電流應(yīng)力及磁性元件的損耗，降低了變換器效率。

圖3為雙移相控制時(shí)直流變換器工作波形。為表示方便，開(kāi)關(guān)管S1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)用其名稱(chēng)S1來(lái)表示，其他開(kāi)關(guān)管表示方法同此。VAB為原邊側(cè)逆變輸出電壓，VCD為副邊側(cè)逆變輸出電壓折合到Vdc1側(cè)后的電壓；VL為變壓器等值電感兩側(cè)電壓；Ths為半個(gè)開(kāi)關(guān)周期；D1為變換器半周期內(nèi)原邊側(cè)全橋的內(nèi)移相度，D2為變換器半周期內(nèi)原邊側(cè)全橋和副邊側(cè)全橋的外移相度。采用雙移相控制時(shí)，由于內(nèi)移相度D1的引入，使變壓器原邊側(cè)電壓為0，如在t0～t1及t4～t5時(shí)段內(nèi)，此時(shí)回流功率為0，功率環(huán)流得到有效抑制，進(jìn)而提高了功率傳輸效率。

圖3 雙移相控制時(shí)直流變換器工作波形Fig.3 Waveforms of DC converter in dual phase shift control

1.3 變換器數(shù)學(xué)模型建立

基于雙移相控制工作原理，下面構(gòu)建雙向隔離型DC-DC變換器在雙移相控制下的數(shù)學(xué)模型，由圖3可得：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

假定t0=0，則有t1=D1Ths，t3=(D1+D2)Ths，t4=Ths，t5=Ths+D1Ths，t7=Ths+(D1+D2)Ths，t8=2Ths。其中，D1為內(nèi)移相度，D2為外移相度，Ths為半周期時(shí)間。由式(1)～式(6)，根據(jù)正負(fù)周期對(duì)稱(chēng)性可得：

(7)

(8)

(9)

雙移相控制下，變換器輸出有功功率為

(10)

設(shè)功率基值為

(11)

經(jīng)單位化可得：

(12)

2 雙移相控制特性分析

由于在移相控制下影響雙向隔離型DC-DC變換器性能指標(biāo)的主要因素是系統(tǒng)回流功率和功率開(kāi)關(guān)管的“軟開(kāi)關(guān)”范圍，為此下文將對(duì)二者進(jìn)行重點(diǎn)分析。

2.1 回流功率分析

根據(jù)回流功率的定義[23]，由圖3得到雙移相控制下，變換器回流功率的表達(dá)式

(13)

經(jīng)單位化可得：

(14)

下面以電壓增益k=2為例，說(shuō)明回流功率與移相度之間的關(guān)系。

圖4為電壓增益k=2時(shí)回流功率與移相度的關(guān)系曲線，從中可知回流功率隨著內(nèi)移相度D1的增加而減小。即通過(guò)增加內(nèi)移相度D1可有效抑制系統(tǒng)的回流功率。

圖4 回流功率與移相度關(guān)系曲線(k=2)Fig.4 Relationship curve of backflow power and phase shift ratio(k=2)

2.2 “軟開(kāi)關(guān)”范圍分析

原邊橋“軟開(kāi)關(guān)”條件

(15)

即

(16)

副邊橋“軟開(kāi)關(guān)”條件

(17)

即

(18)

(19)

(20)

經(jīng)單位化可得：

(21)

(22)

圖5為軟開(kāi)關(guān)范圍與移相度的關(guān)系曲線，從中可知隨著內(nèi)移相度D1的增加功率開(kāi)關(guān)管“軟開(kāi)關(guān)”范圍減小，將不利于開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)“軟開(kāi)關(guān)”，開(kāi)關(guān)損耗將增大，使變換器效率下降。

通過(guò)上述分析可知，雖然增加內(nèi)移相度D1，可有效抑制變換器回流功率，使其具有更小的電流應(yīng)力和輸出電壓紋波，但同時(shí)也減小了功率開(kāi)關(guān)管“軟開(kāi)關(guān)”范圍，導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低。為此下文將介紹一種雙移相控制下的優(yōu)化控制算法，通過(guò)對(duì)內(nèi)移相度D1的優(yōu)選，協(xié)調(diào)變換器對(duì)回流功率和“軟開(kāi)關(guān)”范圍的要求。

圖5 軟開(kāi)關(guān)范圍與移相度關(guān)系曲線Fig.5 Relationship curve between soft-switching range and phase-shiftratio

3 雙移相優(yōu)化控制算法

3.1 優(yōu)化函數(shù)的構(gòu)建

通過(guò)上文研究可知，開(kāi)關(guān)管“軟開(kāi)關(guān)”范圍和變換器回流功率是影響雙向隔離型DC-DC變換器性能指標(biāo)的重要因素，且二者相互制約。為此提出一種雙移相控制策略下的優(yōu)化控制算法，以開(kāi)關(guān)管“軟開(kāi)關(guān)”范圍和變換器回流功率作為約束條件，構(gòu)建系統(tǒng)的優(yōu)化函數(shù)。

基于開(kāi)關(guān)管“軟開(kāi)關(guān)”范圍的約束條件，定義函數(shù)z1

(23)

顯然z1越大，原副邊橋開(kāi)關(guān)管“軟開(kāi)關(guān)”范圍越大，原副變橋開(kāi)關(guān)管越容易實(shí)現(xiàn)“軟開(kāi)關(guān)”，變換器效率越高。

基于變換器回流功率的約束條件，定義函數(shù)z2

(24)

顯然，z2取值越小，變換器回流功率越小，相應(yīng)的電流應(yīng)力和輸出電壓紋波也越小，對(duì)改善變換器電能質(zhì)量越有利。

為協(xié)調(diào)變換器回流功率和開(kāi)關(guān)管“軟開(kāi)關(guān)”范圍，定義優(yōu)化函數(shù)m′

m′(D1,D2)=z2-z1。

(25)

由上述分析可知，當(dāng)z1取得最大值而z2取得最小值時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)m′取得最小值。m′與移相度之間的關(guān)系曲線如圖6所示，從中可知，在給定外移相度D2下，必存在唯一的內(nèi)移相度D1，使m′取得最小值，系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行方式。此時(shí)橋臂功率開(kāi)關(guān)管在獲得在最大“軟開(kāi)關(guān)”范圍同時(shí)，得到該條件下的最小回流功率。

圖6 m′與移相度之間的關(guān)系曲線(k=2)Fig.6 Relationship curve between m′and phase shift ratio(k=2)

3.2 不同電壓增益下優(yōu)化函數(shù)的構(gòu)建

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)變換器輸出直流電壓的不同需求，下面將研究在不同電壓增益k下優(yōu)化函數(shù)的構(gòu)建。將不同電壓增益k下，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的內(nèi)外移相度組合進(jìn)行擬合，可得到不同電壓增益k下使系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到最優(yōu)時(shí)的函數(shù)表達(dá)式：

(26)

(27)

(28)

(29)

在給定傳輸功率下，存在多組(D1，D2)的取值組合，可滿(mǎn)足給定傳輸功率的要求。但這些組合未必都是系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)。在給定傳輸功率和電壓增益k下，根據(jù)式(26)～式(29)和式(10)即可唯一確定一組(D1，D2)，使系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)最優(yōu)。由式(26)～式(29)，繪制最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)下D2隨D1變化的曲線圖，如圖7所示，該曲線對(duì)指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行具有一定意義。

圖7 最優(yōu)運(yùn)行曲線Fig.7 Optimal operating curve

3.3 優(yōu)化控制策略的研究

圖8給出了采用的閉環(huán)控制框圖。雙移相優(yōu)化控制策略為：根據(jù)雙向DC-DC直流變換器輸出有功功率P′以及電壓增益k，按在最優(yōu)運(yùn)行情況下，內(nèi)移相度和外移相度之間的關(guān)系式計(jì)算并設(shè)定內(nèi)移相度D1。在給定D1下，通過(guò)閉環(huán)調(diào)節(jié)外移相度D2控制輸出電壓的恒定。閉環(huán)控制器采用常用的PI控制器。

圖8 系統(tǒng)閉環(huán)控制框圖Fig.8 Block diagram of system close-loop control

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的選取

為驗(yàn)證上述分析與研究的正確性，按照?qǐng)D2所示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)條件搭建雙向全橋DC-DC變換器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它主要由高頻變壓器以及全橋開(kāi)關(guān)電路組成。

1)移相度的確定

依據(jù)圖8給出的系統(tǒng)閉環(huán)控制框圖，可以采用基本PI控制器，完成給定內(nèi)移相D1下的外移相D2的閉環(huán)調(diào)節(jié)，以保證輸出電壓的恒定。設(shè)定輸出有功功率P′=667 W，輸入直流電壓Vdc1=100 V，輸出直流電壓Vdc2=50 V，考慮到原副邊橋開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力的匹配問(wèn)題，將高頻變壓器變比n設(shè)定為1∶1。根據(jù)設(shè)計(jì)的電壓增益k與輸出有功功率P′，由式(10)和式(27)計(jì)算可得使系統(tǒng)達(dá)到該條件下最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的內(nèi)移相度：D1=0.33。

2)高頻變壓器參數(shù)的選取

由于變壓器的頻率與體積成反比例關(guān)系，因而從實(shí)現(xiàn)變壓器減重和減小體積方面考慮，應(yīng)使變壓器額定頻率盡可能地大。然而，由于高頻帶來(lái)的器件開(kāi)關(guān)損耗增大，使變壓器整體效率降低，且考慮到安全的需要，全橋開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)頻率f設(shè)為3 kHz。

通過(guò)信號(hào)發(fā)生器測(cè)量在開(kāi)關(guān)頻率f=3 kHz下高頻變壓器原副邊漏電阻R11=R12=0.04 Ω，原副邊漏電感L11=L12=87.5 μH。

3)直流支撐電容的選取

為了限制負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的直流電壓動(dòng)態(tài)變化，支撐電容應(yīng)該比較大。要求變換器滿(mǎn)足負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的抗干擾性能指標(biāo)ΔU0max，則支撐電容的容值應(yīng)該滿(mǎn)足[25]

(30)

根據(jù)輸出有功功率P′與輸出直流電壓Vdc2得到輸出直流電流Io為13.34 A，ΔU0max設(shè)定為輸出直流電壓的5%，帶入上式可得Cmin=1.78 mF。

但在實(shí)際的電路中，元器件存在的雜散參數(shù)使得必須選用大于的電容值才能達(dá)到紋波要求，一般選取2～4倍的Cmin值。在本設(shè)計(jì)中采用5 mF電容。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 DC-DC變換器實(shí)驗(yàn)參數(shù)Table 1 Experimental parameters of DC-DC converter

在不影響實(shí)驗(yàn)效果的前提下，為了簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，采用光伏電池模擬器來(lái)得到DC-DC變換器所需的直流電壓，接入到變換器的輸入端。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。圖10為搭建的系統(tǒng)實(shí)物圖。

圖9 雙向全橋DC-DC變換器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.9 Structure of the bidirectional full bridge DC-DC converter

圖10 雙向全橋DC-DC變換器系統(tǒng)實(shí)物圖Fig.10 Picture of the experimental platform of bidirectional full-bridge DC-DC converter system

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖11為雙移相控制在不同內(nèi)移相度下的變壓器兩端電壓電流波形。從中可知，當(dāng)內(nèi)移相度D1=0.33時(shí)，在該工況下原邊橋輸出電壓的零電平恰好使系統(tǒng)的回流功率為0，如圖11(b)圈注所示。此外，通過(guò)對(duì)比不同內(nèi)移相度下電感電流最大應(yīng)力可知，隨著內(nèi)移相度的增加，電感電流最大應(yīng)力將逐漸減小，這是因?yàn)殡S著內(nèi)移相度D1的增加，系統(tǒng)的回流功率得到了有效抑制，提高了功率傳輸效率，減小了正向傳輸?shù)目偣β?，從而減小了電感電流應(yīng)力。

圖11 變壓器兩端電壓電流實(shí)驗(yàn)波形Fig.11 Experimental waveforms of VAB，VCD，and iL

圖12與圖14分別為內(nèi)移相度為0.2和0.5時(shí)原副邊橋開(kāi)關(guān)管電壓電流波形。通過(guò)對(duì)比可知，在內(nèi)移相度為0.2時(shí)，原邊橋開(kāi)關(guān)管為大電流關(guān)斷，如圖12(a)圈注所示。在內(nèi)移相度為0.5時(shí)，原邊橋開(kāi)關(guān)管為大電流開(kāi)通，副邊橋開(kāi)關(guān)管為大電流關(guān)斷，如圖14(a)和圖14(b)圈注所示。而在內(nèi)移相度D1=0.33時(shí)原副邊橋開(kāi)關(guān)管同時(shí)實(shí)現(xiàn)了零電流開(kāi)通和零電流關(guān)斷，如圖13所示。

圖12 D1=0.2時(shí)的原副邊橋開(kāi)關(guān)管電壓電流實(shí)驗(yàn)波形Fig.12 Experimental waveforms of VS1VQ1iL(D1=0.2)

圖13 D1=0.33時(shí)的原副邊橋開(kāi)關(guān)管電壓電流實(shí)驗(yàn)波形Fig.13 Experimental waveforms of VS1VQ1iL(D1=0.33)

圖14 D1=0.5時(shí)的原副邊橋開(kāi)關(guān)管電壓電流實(shí)驗(yàn)波形Fig.14 Experimental waveforms of VS1VQ1iL (D1=0.5)

圖15 實(shí)測(cè)回流功率及效率與內(nèi)移相度D1的關(guān)系Fig.15 Tested backflow power and efficiency curves with different D1

圖15給出了變換器實(shí)測(cè)回流功率及效率與內(nèi)移相度D1的關(guān)系曲線。內(nèi)移相度D1由0～0.5變化，通過(guò)外移相度D2，保持輸出電壓為50 V不變，進(jìn)而保證電壓增益k以及傳輸有功功率不變。從圖可知，隨著內(nèi)移相度D1的增加回流功率得到了有效抑制，然而由于內(nèi)移相度的增加，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管“軟開(kāi)關(guān)”范圍減小，實(shí)際工作點(diǎn)偏離“軟開(kāi)關(guān)”區(qū)域，使變換器效率急劇降低。當(dāng)內(nèi)移相度D1在0.33附近時(shí)系統(tǒng)整體效率最高，與理論分析基本一致。

5 結(jié) 論

本文重點(diǎn)分析了雙向隔離型DC-DC變換器在雙移相控制下的軟開(kāi)關(guān)特性與功率回流特性，以及二者之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上提出了一種雙移相優(yōu)化控制算法，該算法以擴(kuò)大開(kāi)關(guān)管“軟開(kāi)關(guān)”范圍和減小變換器回流功率為約束條件，通過(guò)構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)得到了在特定負(fù)載條件下函數(shù)值與移相度的關(guān)系曲線，從中得到一組可使變換器運(yùn)行于最優(yōu)狀態(tài)下的移相角，并通過(guò)曲線擬合的方法得到了在不同負(fù)載條件下變換器最優(yōu)運(yùn)行曲線及其對(duì)應(yīng)的擬合函數(shù)表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本文提出的優(yōu)化控制算法在使全部橋臂開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)“軟開(kāi)關(guān)”的同時(shí)，有效抑制了變換器的回流功率，提高了變換器的效率。從而使電力電子牽引變壓器可同時(shí)滿(mǎn)足效率、減重和電能質(zhì)量方面的要求。

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Dual-phase-shiftingoptimizationcontrolofisolatedDC-DCconverter

WANG Yi1， XU Kai2， CHEN Ji-qun2

(1.State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources,North China Electrical Power University,Baoding 071003,China; 2.Baoding Electric Power Bureau,Hebei Electric Power Company,Baoding 071051,China)

The bidirectional isolation DC-DC converter adopts dual-phase-shifting control strategy, which will narrow the range of “soft-switching” and lower the efficiency of the system. To solve this problem, an optimal control algorithm is proposed. The control algorithm suppresses the backflow power of the system and extends the soft-switching range of the switch tube.Considering this constraint, the optimal operating point of the system was then selected. The hardware circuit was built and the control strategy was verified. It was found that at the optimal operating point, the backflow power of the system is only 1% of the active power and the system efficiency is the highest. Experimental results show that the optimized control algorithm can be used to coordinate the range of “soft-switching” and the requirement of backflow power of the switch, so that the system can meet the requirement of “soft-switching” of the bridge arm power tube and obtain smaller backflow power.

bidirectional DC-DC full bridge; dual-phase-shifting; backflow power; soft-switching; optimal control

(編輯：賈志超)

2015-11-25

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFB0900203)

王 毅(1977—)，男，博士，教授，研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電，電力電電力電子技術(shù)與應(yīng)用； 許 愷(1990—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)檩p型動(dòng)車(chē)牽引電子電力變壓器； 陳驥群(1990—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的運(yùn)行、分析與控制。

許 愷

10.15938/j.emc.2017.08.008

TM 417

:A

:1007-449X(2017)08-0053-09