双有源桥DC-DC变换器的多重移相优化控制策略研究.pdf

哈尔滨理工大学能源动力硕士学位论文

双有源桥DC-DC变换器的多重移相优化

控制策略研究

摘要

随着“双碳”目标的提出，新能源已成为我国电力行业发展的重要方向。

然而新能源发电受季节、气候、时间以及地域等因素的影响，呈现一定的间歇

性与不稳定性。为应对上述问题，直流微电网系统被广泛采用，其中双向DC-

DC变换器作为储能系统的接口，实现储能系统与直流微电网之间的能量交

换，是关键的能量传输转换枢纽。双有源桥DC-DC变换器因具备宽电压转换

增益范围、易实现零电压开关、双向能量流动、功率密度高等特点而在直流微

电网系统中得到了广泛应用。本文对双有源桥DC-DC变换器的优化控制策略

进行了研究，旨在提升其稳态传输效率与动态响应能力。

本文首先介绍了双有源桥DC-DC变换器在单移相控制下的工作原理并分

析其工作特性。指出在单移相控制下，电压转换比的升高会导致变换器的电流

应力和回流功率增大，软开关范围减小的问题，且由于单移相控制仅具备一个

控制自由度，无法实现进一步的优化控制。

为了解决单移相控制存在的缺陷，本文阐述分析了双有源桥DC-DC变换

器在拓展移相控制下的工作原理与工作特性，以电流应力为优化目标并基于

Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件法提出了电流应力优化策略。为了进一步提

升控制的自由度，本文优选了三重移相控制6种工作模式中的2种对应变换器

工作的高、低功率段，根据所选2种模式的工作特性，以电流应力为优化目标

并基于KKT条件法提出了电流应力优化策略。由理论分析与仿真对比可知，

本文提出的两种移相优化控制策略均实现了全功率范围内电流应力优化，二者

的区别在于，在低功率段，拓展移相优化控制策略的零电压开关特性更好，三

重移相优化控制策略能进一步减小电感电流有效值。

为进一步提升双有源桥DC-DC变换器的动态响应能力，本文提出一种基

于拓展移相的混合优化控制策略，该控制策略将电压模型预测方法与本文所提

基于拓展移相的最小电流应力优化控制策略相结合。由理论分析与仿真对比可

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知，本文提出的混合优化控制策略能够实现对变换器电流应力与动态响应能力

的双重优化。

最后，为控制策略设计了测试平台。介绍了实验平台中的硬件部分与软件

部分的设计过程，并对本文提出的电流应力优化控制策略与混合优化控制策略

进行实验验证与对比分析。实验结果证明本文所提电流应力优化控制策略能够

有效提升变换器的工作效率，同时混合优化控制策略能够在效率优化的基础上

进一步提升变换器的动态响应能力。

关键词双有源桥DC-DC变换器；优化控制；电流应力；动态特性

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ResearchonOptimalControlStrategyofMultiple

PhaseShiftforDualActiveBridge

DC-DCConverter

Abstract

WiththeproposaloftheDualCarbontarget,newenergyhasbecomeacrucial

directionforthedevelopmentofChinaspowerindustry.However,electricity

generationfromnewenergysourcesissubjecttofactorssuchasseason,climate,

time,