CN109271698A - 一种谐振型双有源桥变换器建模、降阶、设计方法、装置及系统 - Google Patents

一种谐振型双有源桥变换器建模、降阶、设计方法、装置及系统 Download PDF

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CN109271698A CN201811049239.2A CN201811049239A CN109271698A CN 109271698 A CN109271698 A CN 109271698A CN 201811049239 A CN201811049239 A CN 201811049239A CN 109271698 A CN109271698 A CN 109271698A
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Abstract

本发明公开了一种谐振型双有源桥变换器建模、降阶、设计方法、装置及系统，在采用单移相控制方法控制谐振型双有源桥变换器输出电压的情况下，利用谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，对谐振型双有源桥变换器中的谐振元件降阶，建立其平均值等效模型；基于该平均值模等效型，利用小干扰法建立谐振型双有源桥变换器的小信号模型，并针对控制量与控制目标求出传递函数；分析传递函数的零极点分布情况，对所述传递函数降阶；针对降阶后的传递函数，利用典型Ⅱ型系统设控制器参数设计方法进行设计。本发明原理简单，条理清晰，为谐振型双有源桥变换器的分析提供了理论依据，降低了分析设计的难度，易于采用传统控制系统参数设计方案进行控制器设计。

Description

一种谐振型双有源桥变换器建模、降阶、设计方法、装置及 系统
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，涉及隔离型双向DC-DC变换器技术，具体涉及一种谐振型双有源桥变换器建模、降阶、设计方法、装置及系统，特别涉及谐振型双有源桥变换器。
背景技术
大功率隔离型双向DC-DC变换器可实现直流变压、双向传输能量和电气隔离的功能，在电动汽车、可再生能源、直流配电系统、不间断电源系统及电力电子变压器等领域得到了广泛的应用。在众多隔离型双向DC-DC变换器拓扑中，双有源桥因其结构对称、控制灵活、易实现零电压开通而被广泛研究和应用。为了进一步减小双有源桥的开关损耗，同时抑制隔离级的直流分量，各国学者对谐振型双有源桥变换器展开了大量研究。2013年在IEEETransaction on Power Electronics期刊发表的论文“Design Methodology ofBidirectional CLLC Resonant Converter for High-Frequency Isolation of DCDistribution Systems”中，通过采用变频控制对谐振型双有源桥的输出电压进行控制，但变频控制不利于磁性元件的优化设计和提高功率密度，因而在大功率场合较少采用。2017年在大功率变流技术期刊上发表的“串联谐振双有源桥DC-DC变换器的频域分析”一文中，推导了基于单移相控制的串联谐振双有源桥变换器的精确稳态模型，在此基础上得到了变换器的功率传递特性和软开关特性，但未对其进行控制器建模与设计。
发明内容
针对上述建模与控制器设计技术上的不足，本发明提出一种谐振型双有源桥变换器建模、降阶、设计方法、装置及系统，在采用单移相控制方法控制谐振型双有源桥变换器输出电压的情况下，首先利用谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，对谐振型双有源桥变换器中的谐振元件降阶，建立其平均值等效模型；基于该平均值模等效型，利用小干扰法建立谐振型双有源桥变换器的小信号模型，并针对控制量与控制目标求出传递函数；从而降低了系统分析设计的难度，并易于采用传统控制系统参数设计方案进行控制器设计，适用于工程实践。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种谐振型双有源桥变换器的建模方法，包括以下步骤：
获取预设的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式；
基于所述的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，求出谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型；
获取预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，将谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型中的电流计算公式带入预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，获得谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型；
基于所述谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型，获得谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式；
化简所述谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式后得移相比-输出电压的传递函数。
优选地，所述的基于所述的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，求出谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型，具体为：
分别获取谐振型双有源桥变换器的输入侧的电流计算公式和输出侧的电流计算公式，所述输入侧的电流计算公式为：i1＝P/u1，所述输出侧的电流计算公式：i2＝P/u2；
基于输入侧的电流计算公式、输出侧的电流计算公式以及谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，求出谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型为：
式中，P为谐振型双有源桥变换器的传输功率，i1和i2分别谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流；u1和u2分别谐振型双有源桥变换器输入侧和输出侧的支撑电容上的电压；δ为移相比，取值范围为-1<δ<1；k为频率比，Z为特征阻抗。
优选地，所述特征阻抗Z的计算公式为：
式中，fs为开关频率，fr为谐振频率，Lr为谐振型双有源桥变换器中的谐振电感；
Cr为振型双有源桥变换器中的谐振电容。
优选地，所述谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型为：
优选地，所述谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式为：
优选地，所述化简所述谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式后得移相比-输出电压的传递函数中的化简过程具体为：
令
利用上式对谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式进行化简，化简后的谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式为：
进一步对上式进行化简，得到移相比-输出电压的传递函数为：
式中，u10为谐振型双有源桥变换器额定工作点处的输入电压；u20为谐振型双有源桥变换器额定工作点处的输出电压；Rload0为谐振型双有源桥变换器额定工作点处的负载阻值；A、B分别为由谐振型双有源桥变换器参数决定的系数，s表示拉普拉斯变换后的复数变量。
第二方面，本发明提供了一种谐振型双有源桥变换器的建模装置，包括：
谐振型双有源桥变换器的传输功率公式获取模块，用于获取预设的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式；
谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型计算模块，用于基于所述的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，求出谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型；
谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型计算模块，用于获取预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，将谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型中的电流计算公式带入预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，计算出谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型；
谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式计算模块，用于基于所述谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型，获得谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式；
移相比-输出电压的传递函数计算模块，用于化简所述谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式后得移相比-输出电压的传递函数。
第三方面，本发明提供了一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶系统，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶方法中的任一项步骤。
第四方面，本发明提供了一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶方法，包括以下步骤：
获取前述的谐振型双有源桥变换器的移相比-输出电压的传递函数；
获取基于谐振型双有源桥变换器的参数特点分析得到的传递函数的零极点计算公式，利用零极点对消，对所述的移相比-输出电压的传递函数降阶，得到降阶后的移相比-输出电压的传递函数。
优选地，该谐振型双有源桥变换器在额定工作条件下：输入输出电压u10和u20相等，负载电阻Rload0远大于输入侧等效电阻R，且满足AR＜＜1；所述获取基于谐振型双有源桥变换器的参数特点分析得到的传递函数的零极点计算公式；
移相比-输出电压的传递函数的零点计算公式为：
移相比-输出电压的传递函数的极点计算公式为：
利用零极点对消，降阶后的传递函数为：
式中，A、B分别为由谐振型双有源桥变换器参数决定的系数，C为谐振型双有源桥变换器输入侧和输出侧的支撑电容，R为谐振型双有源桥变换器输入侧的等效电阻，u＝u10＝u20。
第五方面，本发明提供了一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶装置，包括：
谐振型双有源桥变换器的移相比-输出电压的传递函数获取模块，用于获取前述的谐振型双有源桥变换器的移相比-输出电压的传递函数；
移相比-输出电压的传递函数降阶模块，用于获取基于谐振型双有源桥变换器的参数特点分析得到的传递函数的零极点计算公式，利用零极点对消，对所述的移相比-输出电压的传递函数降阶，得到降阶后的移相比-输出电压的传递函数。
第六方面，本发明提供了一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶系统，其特征在于，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶方法中的任一步骤。
第七方面，本发明提供了一种谐振型双有源桥变换器的控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤
获取所述的降阶后的移相比-输出电压的传递函数；
对该降阶后的移相比-输出电压的传递函数进行控制器参数设计。
优选地，所述的对该降阶后的移相比-输出电压的传递函数进行控制器参数设计，具体包括以下步骤：
利用典型Ⅱ型系统设计控制器参数方法进行设计，所述控制器为PI控制器，其PI参数的计算公式为：
式中，KP是PI控制器的比例系数，Ts是电压信号的采样周期；h是系统的中频宽，其定义为τ是积分时间常数，KI为积分系数，B是由谐振型双有源桥变换器参数决定的系数；C为谐振型双有源桥变换器输入侧和输出侧的支撑电容。
第八方面，本发明提供了一种谐振型双有源桥变换器的控制器设计装置，包括：
降阶后的移相比-输出电压的传递函数模块，用于获取所述的降阶后的移相比-输出电压的传递函数；
控制器参数设计模块，用于对该降阶后的移相比-输出电压的传递函数进行控制器参数设计。
第九方面，本发明提供了一种谐振型双有源桥变换器的控制器设计系统，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述谐振型双有源桥变换器的控制器设计方法中的任一项步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出的一种谐振型双有源桥变换器建模、降阶、设计方法、装置及系统，在采用单移相控制方法控制谐振型双有源桥变换器输出电压的情况下，首先利用谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，对谐振型双有源桥变换器中的谐振元件降阶，建立其平均值等效模型；基于该平均值模等效型，利用小干扰法建立谐振型双有源桥变换器的小信号模型，并针对控制量与控制目标求出传递函数；再分析传递函数的零极点分布情况，并对所述传递函数降阶；最后针对降阶后的传递函数，利用典型Ⅱ型系统设控制器参数设计方法进行设计。本发明原理简单，条理清晰，为谐振型双有源桥变换器的分析提供了理论依据，降低了分析设计的难度，易于采用传统控制系统参数设计方案进行控制器设计，适用于工程实践。
附图说明
图1为本发明一种实施例的谐振型双有源桥的电路原理图；
图2为本发明一种实施例的谐振型双有源桥的平均值等效电路模型图；
图3为本发明一种实施例的谐振型双有源桥化简前后的移相比-输出电压传递函数频率特性图；
图4为本发明一种实施例的谐振型双有源桥的输出电压控制的结构图；
图5为本发明一种实施例的谐振型双有源桥校正前后的输出电压控制频率特性图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示为本发明谐振型双有源桥变换器的电路拓扑图。所述的谐振型双有源桥变换器的拓扑主要包括以下几部分：高频隔离变压器T，所述高频隔离变压器T的两侧分别连接有谐振电容模块，即图1中谐振电感Lr和谐振电容Cr；外部为全桥结构，两侧共包含8个带反并联二极管的IGBT模块(S1～S8)；每个全桥的直流侧连接有支撑电容C；谐振型双有源桥变换器的输入侧接入低压直流电网；输出侧连接负载以及对端直流电网。
在图1的电路拓扑结构中，us为谐振型双有源桥变换器的输入电压；R为谐振型双有源桥变换器输入侧等效电阻；C为输入侧和输出侧的支撑电容，u1和u2分别为输入侧和输出侧的支撑电容上的电压；变压器T的变比为1:1；Lr为谐振型双有源桥变换器中的谐振电感，一般为高频变压器的漏感，亦可视需要串联辅助电感；Cr为谐振型双有源桥变换器中的谐振电容；Rload为负载电阻；iload为输出端连接电网的注入电流。
谐振型双有源桥变换器的控制目标为输出电压，在本发明实施例中，采用移相控制进行输出电压控制。所述的移相控制的具体方式为：两侧全桥上下桥臂的开关管互补开通，即S1与S2、S3与S4、S5与S6、S7与S8互补开通；同时，同一侧全桥对角线上的开关管同时开通，即S1与S4、S3与S2、S5与S8、S7与S6同时开通。所述的开关管状态切换存在死区，在不考虑死区时，每个开关管的开通占空比均为50％。输入侧全桥开关管动作相位以S1为基准，输出侧全桥开关管动作相位以S5为基准，两侧基准间的相位差为移相角，移相角的单位为角度制或弧度制，以S1相位超前S5为正；移相比为移相角标幺化后的值，标幺基准为180度或π。通过调节移相比，即可实现调节谐振型双有源桥变换器的传输功率，从而间接控制调节谐振型双有源桥变换器的输出电压。
实施例1
本发明实施例中，提供了一种谐振型双有源桥变换器的建模方法，包括以下步骤：
步骤一、获取预设的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式；
在发明实施例中，所述的预设的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式为忽略损耗的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，具体为：
式中，δ为移相比，取值范围为-1<δ<1；k为频率比，Z为特征阻抗，具体定义见下式：
式中，fs为开关频率，fr为谐振频率；
步骤二、基于所述的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，对谐振型双有源桥变换器中的谐振元件降阶，求出谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型；即：对谐振型双有源桥变换器采用状态空间平均法进行建模，具体包括以下子步骤：
(2.1)分别获取谐振型双有源桥变换器的输入侧的电流计算公式和输出侧的电流计算公式；
对于谐振型双有源桥变换器的输入侧而言，P＝u1i1；对于谐振型双有源桥变换器的输出侧而言，P＝u2i2；
因此，所述输入侧的电流计算公式为：i1＝P/u1，所述输出侧的电流计算公式：i2＝P/u2
(2.2)基于输入侧的电流计算公式、输出侧的电流计算公式以及谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，求出谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型为：
步骤三、获取预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，将谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型中的电流计算公式带入预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，获得谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型；在本发明实施例中，所述的预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型如图2所示，该谐振型双有源桥变换器的平均值模型是根据能量守恒建立；
基于该谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型，带入式(3)中求出的电流计算公式，获得谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型为：
步骤四、基于所述谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型，获得谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式；在本发明实施例中，所述步骤四具体为：
设额定工作点处输入侧支撑电容电压为u10；输出侧支撑电容电压为u20；移相比为δ0；输入电压为us0；负载电阻为Rload0；对端直流电网的注入电流为iload0。在稳态工作点施加小信号扰动，各变量可改写成：
将式(5)代入式(4)，略去稳态分量和二阶分量，得到所述谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式为：
步骤五、化简所述谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式后得移相比-输出电压的传递函数，在本发明实施例中，具体包括以下子步骤：
令
则式(6)可化为：
化简后得移相比-输出电压的传递函数为：
实施例2
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中，提供了一种谐振型双有源桥变换器的建模装置，包括：
谐振型双有源桥变换器的传输功率公式获取模块，用于获取预设的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式；
谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型计算模块，用于基于所述的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，求出谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型；
谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型计算模块，用于获取预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，将谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型中的电流计算公式带入预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，计算出谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型；
谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式计算模块，用于基于所述谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型，获得谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式；
移相比-输出电压的传递函数计算模块，用于化简所述谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式后得移相比-输出电压的传递函数。
其余部分均与实施例1相同。
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思，一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶系统，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行实施例1中任一步骤。
其余部分均与实施例1相同。
实施例4
在本发明实施例中，输入输出支撑电容C＝1000μF，电压u10＝u20＝400V；变压器漏感Lr＝40μH；谐振电容Cr＝25μF；开关频率f＝10kHz；输入侧等效串联电阻R＝2mΩ；额定输入电压us0＝400V；额定负载阻值Rload0＝16Ω；额定功率P＝10kW。
在本发明实施例中，提供了一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶方法，包括以下步骤：
步骤(1)获取实施例1中所述的谐振型双有源桥变换器的移相比-输出电压的传递函数；
步骤(2)获取基于谐振型双有源桥变换器的参数特点分析得到的传递函数的零极点计算公式，利用零极点对消，对所述的移相比-输出电压的传递函数降阶，得到降阶后的移相比-输出电压的传递函数，所述步骤(2)具体为：
由于谐振型双有源桥变压器两侧的参数完全对称，因此可对式(9)进行如下简化：
式中，u＝u10＝u20。同时，由于在本实施例中Rload＞＞R，因此可将式(10)化简如下：
接下来结合额定工作点的参数特性进一步化简，主要利用零极点对消从而对模型降阶。
首先，分析传递函数的零点，其计算公式为：
优选的，为了进一步限制暂态过程中开关管S1～S8上的电流应力，本实施例限制移相比在-0.2<δ<0.2范围内变化，且在额定功率下移相角为δ0＝0.0404；同时，频率比k及特征阻抗Z均在1附近，故本实施例中AR＜＜1。故可将谐振型双有源桥变压器的零点简化成
对于谐振型双有源桥变压器的极点，其计算公式为：
对于极点p1，由于4R2A2＜＜1，故实现了一组零极点对消。对于极点p2，根据泰勒展开易知故因此，式(11)最终可简化为：
图3中给出了化简前后系统移相比-输出电压传递函数的频率特性曲线，可见化简后的传递函数与化简前相比具有良好的一致性。
实施例5
基于与实施例4相同的发明构思，本发明实施例中，提供了一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶装置，包括：
谐振型双有源桥变换器的移相比-输出电压的传递函数获取模块，用于获取实施例1中所述的谐振型双有源桥变换器的移相比-输出电压的传递函数；
移相比-输出电压的传递函数降阶模块，用于获取基于谐振型双有源桥变换器的参数特点分析得到的传递函数的零极点计算公式，利用零极点对消，对所述的移相比-输出电压的传递函数降阶，得到降阶后的移相比-输出电压的传递函数。
其余部分均与实施例1和实施例4相同。
实施例6
基于与实施例1和实施例4相同的发明构思，本发明实施例中，提供了一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶系统，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行实施例4中所述的步骤。
其余部分均与实施例1和实施例4相同。
实施例7
本发明实施例中，提供了一种谐振型双有源桥变换器的控制器设计方法，包括以下步骤：
(1)获取实施例4中所述的降阶后的移相比-输出电压的传递函数；
(2)对该降阶后的移相比-输出电压的传递函数进行控制器参数设计；具体包括以下子步骤：
考虑电压采样信号的延迟和移相控制的小惯性特性，同时采用PI控制器对谐振型双有源桥变压器进行控制，化简后的谐振型双有源桥变压器结构图如图4所示。图4中，Ts是电压信号的采样周期；KP是PI控制器的比例系数；τ是积分时间常数，并且有积分系数
为了提高电压控制的抗扰性，本发明实施例中，按照典型Ⅱ型系统设计控制器参数。化简后的谐振型双有源桥变压器开环传递函数为，该化简后的谐振型双有源桥变压器开环传递函数为现有技术：
在给定中频宽的前提下，利用振荡指标法中的闭环幅频特性峰值最小原则，设计控制器的KP、KI参数，根据公式：
有：
综合考虑谐振型双有源桥变压器跟随性与抗扰性等性能指标，中频宽通常选取3≤h≤10。在本实施例中，选取h＝10计算得到的控制器参数为KP＝0.0061，KI＝4.0922，则校正后系统的频率特性如图5所示。
在发明的其他实施例中，还可以基于该降阶后的移相比-输出电压的传递函数采用其他传统控制系统参数设计方案进行控制器设计。在本发明中并不对如何进行具体的控制系统参数设计过程进行限定，只要是在控制器设计的过程中用到了本发明实施例4中所述的降阶后的移相比-输出电压的传递函数的控制器设计方法均属于本发明的范围。
实施例8
基于与实施例7相同的发明构思，本发明实施例提供了一种谐振型双有源桥变换器的控制器设计装置，包括：
降阶后的移相比-输出电压的传递函数获取模块，用于获取对实施例4中所述的降阶后的移相比-输出电压的传递函数；
控制器参数设计模块，用于对该降阶后的移相比-输出电压的传递函数进行控制器参数设计。
其余部分均与实施例7相同。
实施例9
基于与实施例7相同的发明构思，本发明实施例提供了一种谐振型双有源桥变换器的控制器设计系统，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行实施例7中所述的步骤。
综上所述：
本发明在采用单移相控制方法控制谐振型双有源桥变换器输出电压的情况下，首先利用谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，对谐振型双有源桥变换器中的谐振元件降阶，建立其平均值等效模型；基于该平均值模等效型，利用小干扰法建立谐振型双有源桥变换器的小信号模型，并针对控制量与控制目标求出传递函数；再分析传递函数的零极点分布情况，并对所述传递函数降阶；最后针对降阶后的传递函数，利用典型Ⅱ型系统设控制器参数设计方法进行设计。本发明原理简单，条理清晰，为谐振型双有源桥变换器的分析提供了理论依据，降低了分析设计的难度，易于采用传统控制系统参数设计方案进行控制器设计，适用于工程实践。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (16)

1.一种谐振型双有源桥变换器的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取预设的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式；
基于所述的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，求出谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型；
获取预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，将谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型中的电流计算公式带入预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，获得谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型；
基于所述谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型，获得谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式；
化简所述谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式后得移相比-输出电压的传递函数。
2.根据权利要求1所述的一种谐振型双有源桥变换器的建模方法，其特征在于：所述的基于所述的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，求出谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型，具体为：
分别获取谐振型双有源桥变换器的输入侧的电流计算公式和输出侧的电流计算公式，所述输入侧的电流计算公式为：i1＝P/u1，所述输出侧的电流计算公式：i2＝P/u2；
基于输入侧的电流计算公式、输出侧的电流计算公式以及谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，求出谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型为：
式中，P为谐振型双有源桥变换器的传输功率，i1和i2分别谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流；u1和u2分别谐振型双有源桥变换器输入侧和输出侧的支撑电容上的电压；δ为移相比，取值范围为-1<δ<1；k为频率比，Z为特征阻抗。
3.根据权利要求2所述的谐振型双有源桥变换器的建模方法，其特征在于：所述特征阻抗Z的计算公式为：
式中，fs为开关频率，fr为谐振频率，Lr为谐振型双有源桥变换器中的谐振电感；Cr为振型双有源桥变换器中的谐振电容。
4.根据权利要求2所述的谐振型双有源桥变换器的建模方法，其特征在于：所述谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型为：
式中，C为谐振型双有源桥变换器的输入侧和输出侧的支撑电容，u1和u2分别为输入侧和输出侧的支撑电容上的电压，us为谐振型双有源桥变换器的输入电压，R为谐振型双有源桥变换器输入侧等效电阻，δ为移相比，取值范围为-1<δ<1；k为频率比，Z为特征阻抗。
5.根据权利要求4所述的谐振型双有源桥变换器的建模方法，其特征在于：所述谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式为：
式中，C为谐振型双有源桥变换器的输入侧和输出侧的支撑电容，设额定工作点处输入侧支撑电容电压为u10；输出侧支撑电容电压为u20；移相比为δ0；输入电压为us0；负载电阻为Rload0；对端直流电网的注入电流为iload0，k为频率比，Z为特征阻抗；
式中，u1和u2分别为输入侧和输出侧的支撑电容上的电压，us为谐振型双有源桥变换器的输入电压，Rload为负载电阻，iload为输出端连接电网的注入电流，δ为移相比，取值范围为-1<δ<1。
6.根据权利要求5所述的谐振型双有源桥变换器的建模方法，其特征在于：所述化简所述谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式后得移相比-输出电压的传递函数中的化简过程具体为：
令
利用上式对谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式进行化简，化简后的谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式为：
进一步对上式进行化简，得到移相比-输出电压的传递函数为：
式中，u10为谐振型双有源桥变换器额定工作点处的输入电压；u20为谐振型双有源桥变换器额定工作点处的输出电压；Rload0为谐振型双有源桥变换器额定工作点处的负载阻值；A、B分别为由谐振型双有源桥变换器参数决定的系数，s表示拉普拉斯变换后的复数变量。
7.一种谐振型双有源桥变换器的建模装置，其特征在于，包括：
谐振型双有源桥变换器的传输功率公式获取模块，用于获取预设的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式；
谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型计算模块，用于基于所述的谐振型双有源桥变换器的传输功率公式，求出谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型；
谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型计算模块，用于获取预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，将谐振型双有源桥变换器功率双向流动时两侧电流的平均值模型中的电流计算公式带入预设的谐振型双有源桥变换器的平均值等效电路模型，计算出谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型；
谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式计算模块，用于基于所述谐振型双有源桥变换器的平均值等效模型，获得谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式；
移相比-输出电压的传递函数计算模块，用于化简所述谐振型双有源桥变换器的小信号模型表达式后得移相比-输出电压的传递函数。
8.一种谐振型双有源桥变换器谐振型双有源桥变换器的建模系统，其特征在于，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1～6中任一项所述的步骤。
9.一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取权利要求1-6中任一项所述的谐振型双有源桥变换器的移相比-输出电压的传递函数；
获取基于谐振型双有源桥变换器的参数特点分析得到的传递函数的零极点计算公式，利用零极点对消，对所述的移相比-输出电压的传递函数降阶，得到降阶后的移相比-输出电压的传递函数。
10.根据权利要求9所述的谐振型双有源桥变换器的模型降阶方法，其特征在于：该谐振型双有源桥变换器在额定工作条件下：谐振型双有源桥变换器额定工作点处的输入输出电压u10和u20相等，负载电阻Rload0远大于输入侧等效电阻R，且满足AR＜＜1；所述获取基于谐振型双有源桥变换器的参数特点分析得到的传递函数的零极点计算公式；
移相比-输出电压的传递函数的零点计算公式为：
式中，C为谐振型双有源桥变换器的输入侧和输出侧的支撑电容，R为谐振型双有源桥变换器输入侧等效电阻；
移相比-输出电压的传递函数的极点计算公式为：
利用零极点对消，降阶后的传递函数为：
式中，A、B分别为由谐振型双有源桥变换器参数决定的系数，C为谐振型双有源桥变换器输入侧和输出侧的支撑电容，R为谐振型双有源桥变换器输入侧的等效电阻，
u＝u10＝u20。
11.一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶装置，其特征在于，包括：
谐振型双有源桥变换器的移相比-输出电压的传递函数获取模块，用于获取权利要求1-6中任一项所述的谐振型双有源桥变换器的移相比-输出电压的传递函数；
移相比-输出电压的传递函数降阶模块，用于获取基于谐振型双有源桥变换器的参数特点分析得到的传递函数的零极点计算公式，利用零极点对消，对所述的移相比-输出电压的传递函数降阶，得到降阶后的移相比-输出电压的传递函数。
12.一种谐振型双有源桥变换器的模型降阶系统，其特征在于，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求9-10中任一项所述的步骤。
13.一种谐振型双有源桥变换器的控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤
获取对权利要求9或10中所述的降阶后的移相比-输出电压的传递函数；
对该降阶后的移相比-输出电压的传递函数进行控制器参数设计。
14.根据权利要求13所述的谐振型双有源桥变换器的控制器设计方法，其特征在于：所述的对该降阶后的移相比-输出电压的传递函数进行控制器参数设计，具体包括以下步骤：利用典型Ⅱ型系统设计控制器参数方法进行设计，所述控制器为PI控制器，其PI参数的计算公式为：
式中，KP是PI控制器的比例系数，Ts是电压信号的采样周期；h是系统的中频宽，其定义为τ是积分时间常数，KI为积分系数，B是由谐振型双有源桥变换器参数决定的系数；C为谐振型双有源桥变换器输入侧和输出侧的支撑电容。
15.一种谐振型双有源桥变换器的控制器设计装置，其特征在于：包括：
降阶后的移相比-输出电压的传递函数获取模块，用于获取对权利要求9或10中所述的降阶后的移相比-输出电压的传递函数；
控制器参数设计模块，用于对该降阶后的移相比-输出电压的传递函数进行控制器参数设计。
16.一种谐振型双有源桥变换器的控制器设计系统，其特征在于：包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求13-14中任一项所述的步骤。
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