基于多电压匹配点的双有源全桥变换器性能优化方法

作     者：唐健 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：许国

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：V2G技术 双有源全桥变换器 隔直电容 多电压匹配 扩展移相调制 电流有效值 软开关 

摘      要：具有双向功率传输的电动汽车充电桩是车辆到电网(Vehicle to grid,V2G)技术中的关键设备,而双向DC-DC变换器又是充电桩中的重要组成部分,其性能是充电桩的重要指标。带隔直电容的双有源全桥(Dual active bridge,DAB)双向DC-DC变换器通过切换变换器的全桥-半桥模式,可以提升宽电压范围下的性能。然而,目前带隔直电容的DAB变换器工作在传统混合单移相调制策略下,仍然存在零电压开通(Zero voltage switching,ZVS)范围窄,电流应力大的问题,因此本文针对带隔直电容的DAB变换器的性能优化展开研究,通过实现宽电压范围下全负载范围ZVS和优化全局电流有效值(Root mean square,RMS)来提高变换性能。(1)针对带隔直电容DAB变换器在传统混合单移相调制策略下无法实现宽电压全负载范围ZVS的问题,本文提出了一种新型混合扩展相移调制策略,在该策略下利用隔直电容使变换器在全桥模式和半桥模式之间切换以获得多个电压匹配工作点,为变换器的性能提升提供更多控制自由度。(2)在所提出的多模式切换的新型混合扩展相移调制策略下,基于变换器的模态分析、功率传输特性分析、ZVS范围特性分析、RMS电流特性分析等,提出了一种电压匹配的多模式切换优化方法。该优化方法以扩展ZVS范围和降低电流应力为目的,基于半周期伏秒面积平衡原理和模式切换下RMS电流优化方法,实现了变换器宽电压范围下全负载范围的ZVS和全局RMS电流的优化,另外还简化了新型混合扩展移相调制策略的控制律。(3)设计了一台额定功率1000W、工作频率200k Hz、输入200V、输出100-400V的实验样机,对本文所提的新型混合扩展移相调制策略以及性能优化方法进行了验证,并和传统混合单移相调制策略进行了比较。实验结果表明本文所提调制策略和优化方法在ZVS范围、全局RMS电流和变换效率方面都能实现变换器性能的提升。图65幅,表9个,参考文献72篇