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储能系统技术 储能系统 DC-DC变换器 DAB 三电平 ★ 5.0

三电平双有源桥变换器中瞬态直流偏置抑制

Transient DC Bias Suppression for Three-Level Dual-Active-Bridge Converter

作者 Guoliang Yang · Aopeng Wang · Deqiang Zhang
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2024年8月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 DC-DC变换器 DAB 三电平
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 双有源桥变换器 瞬态直流偏置 载波对称更新 瞬态抑制策略 实验验证
语言:

中文摘要

摘要:双有源桥(DAB)直流 - 直流变换器通常采用移相控制来控制DAB变换器的功率传输。由于在移相值更新的调节过程中无法满足稳态分析的理论前提,从而导致产生暂态直流偏置。为解决三电平DAB变换器的暂态直流偏置问题,提出了一种基于载波对称更新的暂态抑制策略。该策略通过调整三电平全桥侧输出电压波形的等效对称中线位置,并对两电平全桥侧采用等效解耦抑制,在半个周期后实现暂态抑制。该策略同样适用于单移相、双移相和三移相调制。通过仿真验证了该策略的有效性。最后,对所提策略进行了实验验证。通过设计并搭建实验样机,验证了暂态直流偏置抑制策略的有效性,该策略可有效减小电流过冲,实现暂态直流偏置抑制。

English Abstract

Dual-active-bridge (DAB) dc–dc converter usually adopts phase-shifting control to control the power transmission of DAB converter. As the theoretical premise in the steady state analysis cannot be satisfied during the adjustment process of phase shift value updating, it leads to the generation of transient dc bias. To address the transient dc bias problem of the three-level DAB converter, a transient suppression strategy based on carrier symmetry update is proposed. The transient suppression is realized after half a cycle by adjusting the equivalent symmetrical midline position of the output voltage waveform for the three-level full-bridge side and using the equivalent decoupling suppression for the two-level full-bridge side. The strategy is equally applicable to single-phase-shifted, double-phase-shifted, and triple-phase-shifted modulation. The effectiveness of the strategy is verified by simulation. Finally, the proposed strategy is experimentally verified. By designing and building an experimental prototype, the effectiveness of the transient dc bias strategy is verified, which can effectively reduce the current overshoot and realize the transient dc bias suppression.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇论文提出的三电平双有源桥(DAB)变换器瞬态直流偏置抑制技术具有重要的应用价值。DAB变换器是我们储能系统和光伏逆变器中实现直流变换的核心拓扑,其性能直接影响系统效率和可靠性。

该技术针对相移控制过程中产生的瞬态直流偏置问题,提出了基于载波对称更新的抑制策略。这对阳光电源的高压大功率储能变流器(PCS)产品线尤为关键。在储能系统频繁充放电切换场景下,传统相移控制的瞬态直流偏置会导致变压器磁芯饱和、电流过冲,不仅降低系统效率,还可能引发保护动作,影响电网侧功率响应速度。该技术通过半周期内实现偏置抑制,可显著改善我们1500V高压储能系统的动态性能。

从技术成熟度评估,论文已完成仿真和实验验证,且策略适用于单相移、双相移、三相移等多种调制方式,展现出良好的通用性。这与阳光电源多样化的产品需求高度契合。特别是在我们正在推进的液冷储能系统和高功率密度光储一体机中,该技术可帮助提升功率密度、减小磁性元件体积。

技术挑战主要在于工程化实现的复杂度。载波对称更新需要精确的数字控制算法和高性能DSP平台支持,这要求我们在控制软件架构上进行优化。同时,不同工况下的参数自适应调整也需要大量现场数据积累。但这恰恰是阳光电源的优势所在——我们拥有丰富的应用场景和海量运行数据,可以快速推动技术从实验室走向产业化,在新一代储能变流器产品中率先应用,巩固技术领先地位。