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三相双有源桥变换器的瞬时脉冲模式控制以优化动态性能
Instantaneous Pulse Pattern Control for Optimized Dynamic Performance of Three-Phase Dual-Active Bridge Converter
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 控制与算法 |
| 技术标签 | DC-DC变换器 双向DC-DC DAB 微电网 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 三相双有源桥变换器 动态控制 广义瞬时磁通和电流控制 瞬时脉冲模式控制 暂态时间 |
语言:
中文摘要
三相双有源桥(DAB3)变换器是一种用于大功率直流微电网的隔离型双向直流 - 直流变换器。若不对 DAB3 进行快速动态控制,在暂态条件下维持微电网直流电压所需的直流母线电容会增大,从而增加短路事故过电流的风险。因此,人们对 DAB3 的动态控制方法进行了广泛研究,由此产生了目前最先进的广义瞬时磁链和电流控制(GIFCC)方法。GIFCC 可在单移相(SPS)和三移相(TPS)调制下动态调节变压器的相电流和励磁磁链。然而,它会根据过渡类型采用不同的控制律,这导致动态性能下降,并使与外环功率或电压调节器的集成变得复杂。为了优化 TPS 和 SPS 调制下的动态性能,本文提出了适用于 DAB3 的瞬时脉冲模式控制(IPPC)方法,该方法将 TPS 和 SPS 调制解释为双磁链调节问题。IPPC 基于单一控制律无缝处理 SPS 和 TPS 调制,无论采用何种调制方案,均可将暂态时间缩短至开关周期的六分之一。仿真和实验测试验证了与 GIFCC 相比,所提出的 IPPC 能显著缩短暂态时间。
English Abstract
The three-phase dual-active bridge (DAB3) converter is an isolated bidirectional dc-dc converter used in high-power dc microgrid. Without fast dynamic control of the DAB3, the required dc-link capacitance to maintain dc voltage of microgrid under transient conditions increases, resulting in a higher risk of excessive current of short-circuit accidents. Consequently, dynamic control methods for the DAB3 have been extensively studied, leading to the development of the state-of-the-art generalized instantaneous flux and current control (GIFCC). The GIFCC dynamically regulates the phase current and magnetizing flux-linkage of the transformer under both single phase-shift (SPS) and triple phase-shift (TPS) modulations. However, it applies different control laws depending on the transition type, leading to degradation of dynamic performance and complicating integration with outer-loop power or voltage regulators. To optimize dynamic performance under both TPS and SPS modulations, this article proposes the instantaneous pulse pattern control (IPPC) for the DAB3, which interprets TPS and SPS modulations as a dual-flux regulation problem. The IPPC handles both SPS and TPS modulations seamlessly based on a single control law, minimizing transient times to one-sixth of the switching period, regardless of the modulation scheme. Simulation and experimental tests validate significant reductions in transient times with the proposed IPPC in comparisons to the GIFCC.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统和光储一体化解决方案的业务视角来看,这项三相双有源桥(DAB3)变换器的瞬时脉冲模式控制技术具有重要的战略价值。DAB3作为高功率直流微电网中的核心隔离双向DC-DC变换器,直接关系到我们储能系统的动态响应能力和安全性能。
该技术的核心价值在于将瞬态响应时间优化至开关周期的六分之一,这对阳光电源的液流储能系统和大规模工商业储能项目意义重大。在电网侧储能应用中,快速的动态响应能够显著降低直流母线电容需求,这不仅可以减少系统体积和成本,更重要的是能够降低短路事故时的过流风险,提升系统安全等级。这与我们在高电压、大容量储能系统中追求的高可靠性目标高度契合。
技术层面,IPPC方法通过统一控制律同时处理单相移和三相移调制,解决了现有GIFCC方法在不同过渡类型下性能退化的问题,这为我们开发更智能的能量管理系统提供了理论基础。特别是在光储充一体化场景中,功率双向流动频繁,该技术可显著提升系统在负载突变和光伏波动时的稳定性。
然而,该技术目前仍处于学术验证阶段,工程化应用需要考虑多方面挑战:包括与现有SiC/GaN功率器件的匹配优化、在高温高湿等恶劣环境下的鲁棒性验证,以及与我们现有控制平台的集成难度。建议技术预研团队跟进该技术发展,评估在下一代储能变流器PCS产品中的应用可行性,特别关注其在兆瓦级以上储能系统中的实际效益。