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控制与算法 DC-DC变换器 DAB ★ 5.0

基于扰动补偿的离散单移相控制策略

Disturbance Compensation-Based Discrete Single-Phase-Shift Control for DAB DC-DC Converter

作者 Jin Sha · Zan Liu · Yu Zhang
期刊 IEEE Transactions on Industry Applications
出版日期 2024年10月
技术分类 控制与算法
技术标签 DC-DC变换器 DAB
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 双有源桥直流-直流变换器 离散单相移控制策略 扰动补偿 相移比 输出电压调节
语言:

中文摘要

本文提出了一种基于新型扰动补偿的离散单移相(DCB - DSPS)控制策略,以提高双有源桥(DAB)直流 - 直流变换器的动态性能。在所提出的控制策略中,移相比由两部分组成。第一部分是DAB直流 - 直流变换器在单移相(SPS)调制下的开环移相比 <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">d</i><sub xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">ol</sub>,可使用数字信号处理器轻松计算得出。第二部分是补偿移相比,它根据输出电压参考值与采样值之间的关系,从预设的离散值Δ<italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">d</i><sub xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">H</sub> 和Δ<italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">d</i><sub xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">L</sub> 中选取。补偿移相比用于消除由非理想寄生参数以及源、负载和控制器中的扰动所引起的稳态误差,确保输出电压能够精确调节以跟踪参考电压。因此,通过直接生成离散控制移相比,所提出的DCB - DSPS控制策略能够在输入电压和负载阶跃变化的情况下实现输出电压的精确快速调节。本文阐述了所提出的DCB - DSPS控制策略的控制原理、参数设计和控制性能分析,并在一个96 V - 48 V/260 W - 50 kHz的DAB直流 - 直流变换器实验平台上进行了验证。

English Abstract

A novel disturbance compensation-based discrete single-phase-shift (DCB-DSPS) control strategy is proposed in this paper to improve the dynamic performance of dual-active-bridge (DAB) dc-dc converter. In the proposed control strategy, the phase-shift ratio consists of two components. The first component is the open-loop phase-shift ratio dol of the DAB dc-dc converter under SPS modulation, which can be easily calculated using a digital signal processor. The second component is compensated phase-shift ratio, which is selected from preset discrete values ΔdH and ΔdL according to the relationship between reference value and sampled value of output voltage. The compensated phase-shift ratio is utilized to eliminate steady-state error caused by non-ideal parasitic parameters and disturbances in the source, load, and controller, ensuring accurate regulation of the output voltage to track the reference voltage. Therefore, by directly generating discrete control phase-shift ratio, the proposed DCB-DSPS control can achieve accurate and fast adjustment of the output voltage under both input voltage and load step change. The control principle, parameters design and control performance analysis of the proposed DCB-DSPS control strategy are presented and validated on a 96 V–48 V/260 W–50 kHz DAB dc-dc converter experimental platform.
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SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这项基于扰动补偿的离散单相移控制技术对我们的储能系统和光伏逆变器产品具有重要应用价值。DAB双有源桥DC-DC变换器是储能变流器和直流升压环节的核心拓扑,该技术通过创新的控制策略有效解决了传统单相移控制在动态响应和稳态精度方面的固有缺陷。

该技术的核心价值在于其双分量控制架构:开环相移比保证基本功率传输,离散补偿相移比则消除寄生参数和扰动引起的稳态误差。这对阳光电源的储能系统特别关键——在电网频繁波动和负载突变场景下,该控制策略能实现输出电压的快速精准调节,显著提升系统的动态性能和电能质量。实验验证的96V-48V/260W平台参数与我们储能PCS中的DC-DC模块功率等级相近,具有较好的技术适配性。

从技术成熟度评估,该方案基于成熟的SPS调制,通过DSP易于实现离散控制算法,工程化门槛较低。相比复杂的多自由度调制策略,其计算负担小、实时性好,适合大规模产业化应用。对于阳光电源正在拓展的高压储能系统和光储一体化解决方案,该技术可提升模块化DC-DC变换器的一致性和可靠性。

技术挑战主要集中在:离散补偿参数在宽输入电压范围和全功率段的自适应优化;多模块并联时的协调控制;以及在更高功率等级(数十千瓦级)下的性能验证。建议我们的研发团队深入评估该技术在1500V高压储能系统中的应用潜力,并探索与我们现有的先进控制算法融合的可能性,以进一步巩固在储能变流器领域的技术领先优势。