CN111953208A - 一种三相交错并联双向dc/dc的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三相交错并联双向DC/DC的控制方法，所述控制方法包括通过双闭环控制系统对双向DC/DC的输出电压进行控制，所述双闭环控制系统包括电压外环以及电流内环。所述电流内环包括三个独立的电流内环用于分别三相电流进行独立控制。该双闭环采用一个共用的电流外环，三个电流独立内环，相比于传统的电压环电流环的双闭环控制方法能够很好的保持系统的稳定，电压纹波电流纹波较小。具有很强的鲁棒性，动态性能好，响应时间快。而且均流效果较好，具有很强的抗干扰性。

Description

一种三相交错并联双向DC/DC的控制方法
技术领域
本发明涉及本发明属于电力电子领域，具体涉及的是三相交错并联双向DC/DC，采取电压外环电流独立内环控制方法。
背景技术
随着汽车保有量越来越多，大量化石燃料燃烧排放的汽车尾气不仅造成了温室效应，对环境产生了威胁，还造成了能源短缺。所以电动汽车的研发与提高电动汽车的普及有了重要的意义，为了提高电动汽车蓄电池的使用寿命和续航能力，保证汽车在不同的工况下能够稳定的运行，就必须通过双向DC/DC变换器，使得电动汽车在储能部分、消耗部分和控制部分达到一个稳定的状态。
传统的单重双向DC/DC变换器在大功率场合普遍存在着电压电流应力大，响应速度较慢，一般采取开关器件串联或多个单重双向DC/DC模块并联，但这都对电路有着严格的要求，实现的技术难度较大，降低了电路的可靠性。电压电流纹波也较大，对元器件和电路都有很大的冲击。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种三相交错并联双向DC/DC的控制方法，采用移相控制，对每个电流环进行独立控制，这种控制方法不仅能够降低电压电流纹波系数还能有良好的抗干扰能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种三相交错并联双向DC/DC的控制方法，所述控制方法包括通过双闭环控制系统对双向DC/DC的输出电压进行控制，所述双闭环控制系统包括电压外环以及电流内环。
所述电流内环包括三个独立的电流内环用于分别三相电流进行独立控制。
所述电压外环控制方法包括：将检测的双向DC/DC的输出电压与设定电压相比得到电压误差输入到电压PI控制器中，由电压PI控制器输出参考电流，并将参考电流分别输入到三个电流内环的输入端中进行控制。
所述电流内环控制包括三个独立的电流内环，每个独立的电流内环分别对应一相电流的控制，每个独立的电流内环的电流PI控制器输入端输入通过将参考电流与该相检测电流相比较得到的电流误差值，电流PI控制器通过脉宽调制方式控制输出电流，进而得到输出电压。
每个独立的电流内环包括通过电流PI控制器对电流控制后输出经电流该相电流，该相电流为电流PI控制器输出依次经过脉宽调制器函数、占空比到电感传递函数、电感电流到输出电压传递函数的处理后得到。
对三相交错并联双向DC/DC进行小信号建模，得到其一个周期内的状态空间方程并进行S变换后得到占空比到电感传递函数、占空比到输出电压函数、电感电流到输出电压传递函数，然后根据电流PI控制器的传递函数、电流环开环传递函数以及电流环的穿越频率、折射频率求取电流PI控制器的参数，得到电流环PI控制器的传递函数；
根据电压PI控制器的传递函数、电压环开环传递函数以及电压环的穿越频率、折射频率求取电压PI控制器的参数，得到电压环PI控制器的传递函数，从而得到电压PI控制器具体参数。
本发明的优点在于：该双闭环采用一个共用的电流外环，三个电流独立内环，相比于传统的电压环电流环的双闭环控制方法能够很好的保持系统的稳定，电压纹波电流纹波较小。具有很强的鲁棒性，动态性能好，响应时间快。而且均流效果较好，具有很强的抗干扰性。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明控制系统框图；
图2为本发明控制方法启动流程图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
根据上诉几种解决方法的不足，提出了一种基于双闭环控制的三相交错并联双向DC/DC变换器，三相交错并联双向DC/DC是由3个Buck-Boost电路交错并联而成，传统的电压环电流环的控制策略在外界发生扰动，三相参数不一致时，三相会出现不均流的状况，所以设计一种电压外环电流独立内环控制的控制策略，采用移相控制，对每个电流环进行独立控制，这种控制方法不仅能够降低电压电流纹波系数还能有良好的抗干扰能力。
如图1所示，一种三相交错并联双向DC/DC的控制方法，包括通过双闭环控制系统对双向DC/DC的输出电压进行控制，双闭环控制系统包括电压外环以及电流内环，电流内环包括三个独立的电流内环用于分别三相电流进行独立控制。将检测的双向DC/DC的输出电压V2经过系数K4相乘后与设定电压Vref相比得到电压误差输入到电压PI控制器中，由电压PI控制器输出参考电流Iref，并将参考电流分别输入到三个电流内环的输入端中进行控制。
电流内环控制包括三个独立的电流内环，每个独立的电流内环分别对应一相电流的控制，每个独立的电流内环的电流PI控制器输入端输入通过将参考电流与该相检测电流相比较得到的电流误差值，电流PI控制器通过脉宽调制方式控制输出电流，进而得到输出电压。
每个独立的电流内环包括通过电流PI控制器对电流控制后输出经电流该相电流，该相电流为电流PI控制器输出依次经过脉宽调制器函数、占空比到电感传递函数、电感电流到输出电压传递函数的处理后得到。以L1相为例，检测的电流IL1与电流Iref通过偏差检测得到电流误差输入到电流PI控制器中，电流PI控制器对数据处理输出PWM控制信号来进行控制也就是说经过脉宽调制器进行控制，对应的脉宽调制器函数后依次经过占空比到电感传递函数后输出电流经K1输入到电流PI控制器输入端偏差比较、通过电感电流到输出电压传递函数输出电流IL1、IL2、IL3。
对三相交错并联双向DC/DC进行小信号建模，得到其一个周期内的状态空间方程并进行S变换后得到占空比到电感传递函数、占空比到输出电压函数、电感电流到输出电压传递函数，然后根据电流PI控制器的传递函数、电流环开环传递函数以及电流环的穿越频率、折射频率求取电流PI控制器的参数，得到电流环PI控制器的传递函数；
根据电压PI控制器的传递函数、电压环开环传递函数以及电压环的穿越频率、折射频率求取电压PI控制器的参数，得到电压环PI控制器的传递函数，从而得到电压PI控制器具体参数。求解具体包括：
三相交错并联双向DC/DC小信号建模
根据三项交错并联双向DC/DC变换器的工作原理，我们可以将它当作3个相同的双向DC/DC进行分析，对一个周期的各个变量进行小信号模型，
设一个周期时间为Ts，S1,S2,S3导通的时间分别为D1Ts,D2Ts,D3Ts，三相电感电流为iL1 iL2 iL3，输入电压为Vi(t)，输出电压为V0(t)，通过状态空间法得到了一个周期的状态空间方程，下方程是三相交错并联双向DC/DC Boost模式工作过程：
Figure BDA0002612660660000051
对上述方程进行S变换：
Figure BDA0002612660660000052
最终化简得：
占空比到电感传递函数：
Figure BDA0002612660660000053
占空比到输出电压函数:
Figure BDA0002612660660000054
电感电流到输出电压传递函数：
Figure BDA0002612660660000055
电压外环电流独立内环的控制器的设计
附图1是三项交错并联Boost模式的控制框图,输出测量电压Vref即直流母线的给定值，与设定电压相比得到的误差经过电压环PI控制器得到参考电流Iref，再与测得的IL1,IL2,IL3相比得出误差经过三个电流环PI控制器最终得到输出电压V2。该控制策略能够保证三相电路均流，使整个变换器工作在稳定的状态下。
电流环PI控制器的传递函数如式(1)所示
Figure BDA0002612660660000061
电流环开环传递函数如式(2)所示
Gio(s)＝Gpwm(s).Gid(s)K1 (2)
其中Gpwm(s)是控制的脉宽调制器函数；K1为电流环的系数。
根据电流环的穿越频率为f1,转折频率f2，根据式(3)求解PI参数：
Figure BDA0002612660660000062
同理，建立电压环的各个函数，电压环PI控制器的传递函数如式(4)所示：
Figure BDA0002612660660000063
电流环的开环传递函数如式(5)所示：
Figure BDA0002612660660000064
再根据电压环的穿越频率f1,转折频率f2,由式(6)求解电压环PI参数
Figure BDA0002612660660000065
通过以上方法就可以求出电压PI控制器、电流PI控制器，从而可以根据电压PI控制器、电流PI控制器组成的电压外环、三个独立的电流内环来对双向dcdc进行控制。
如图2所示为本申请的控制方法的启动方法流程图，首先开始上电检测变量初始化，进入软起动程序，软起动完成后判断是否过压过流，然后进入中断判断，在出现过压过流故障等进入保护程序。否则进入中断处理，运行本申请的电压外环电流独立内环PI计算及控制，然后根据条件控制结束。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三相交错并联双向DC/DC的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括通过双闭环控制系统对双向DC/DC的输出电压进行控制，所述双闭环控制系统包括电压外环以及电流内环。
2.如权利要求1所述的一种三相交错并联双向DC/DC的控制方法，其特征在于：所述电流内环包括三个独立的电流内环用于分别三相电流进行独立控制。
3.如权利要求1或2所述的一种三相交错并联双向DC/DC的控制方法，其特征在于：所述电压外环控制方法包括：将检测的双向DC/DC的输出电压与设定电压相比得到电压误差输入到电压PI控制器中，由电压PI控制器输出参考电流，并将参考电流分别输入到三个电流内环的输入端中进行控制。
4.如权利要求3所述的一种三相交错并联双向DC/DC的的控制方法，其特征在于：所述电流内环控制包括三个独立的电流内环，每个独立的电流内环分别对应一相电流的控制，每个独立的电流内环的电流PI控制器输入端输入通过将参考电流与该相检测电流相比较得到的电流误差值，电流PI控制器通过脉宽调制方式控制输出电流，进而得到输出电压。
5.如权利要求4所述的一种三相交错并联双向DC/DC的的控制方法，其特征在于：每个独立的电流内环包括通过电流PI控制器对电流控制后输出经电流该相电流，该相电流为电流PI控制器输出依次经过脉宽调制器函数、占空比到电感传递函数、电感电流到输出电压传递函数的处理后得到。
6.如权利要求1-5所述的一种三相交错并联双向DC/DC的的控制方法，其特征在于：对三相交错并联双向DC/DC进行小信号建模，得到其一个周期内的状态空间方程并进行S变换后得到占空比到电感传递函数、占空比到输出电压函数、电感电流到输出电压传递函数，然后根据电流PI控制器的传递函数、电流环开环传递函数以及电流环的穿越频率、折射频率求取电流PI控制器的参数，得到电流环PI控制器的传递函数；
根据电压PI控制器的传递函数、电压环开环传递函数以及电压环的穿越频率、折射频率求取电压PI控制器的参数，得到电压环PI控制器的传递函数，从而得到电压PI控制器具体参数。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112510677A (zh) * 2020-11-26 2021-03-16 武汉中直电气股份有限公司 一种交错并联Buck变换器的均流方法、装置及系统
CN112769335A (zh) * 2021-02-26 2021-05-07 许继电源有限公司 一种多相交错并联型dc-dc变换器输出电流控制方法及其系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102616145A (zh) * 2012-03-29 2012-08-01 青岛易特优电子有限公司 一种电动汽车再生制动能量储存装置
CN109378866A (zh) * 2018-11-06 2019-02-22 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种能量路由器及控制交直流混合配电网能量流的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102616145A (zh) * 2012-03-29 2012-08-01 青岛易特优电子有限公司 一种电动汽车再生制动能量储存装置
CN109378866A (zh) * 2018-11-06 2019-02-22 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种能量路由器及控制交直流混合配电网能量流的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
梁新宇: ""多重化双向Buck/Boost变换器控制策略研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *
汪铭: ""用于储能系统的多重化双向DC/DC变换器的研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *
马圆，等: ""基于双闭环交错并联高压Boost的研究"", 《赤峰学院学报(自然科学版)》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112510677A (zh) * 2020-11-26 2021-03-16 武汉中直电气股份有限公司 一种交错并联Buck变换器的均流方法、装置及系统
CN112510677B (zh) * 2020-11-26 2024-05-28 武汉中直电气股份有限公司 一种交错并联Buck变换器的均流方法、装置及系统
CN112769335A (zh) * 2021-02-26 2021-05-07 许继电源有限公司 一种多相交错并联型dc-dc变换器输出电流控制方法及其系统
CN112769335B (zh) * 2021-02-26 2022-08-19 许继电源有限公司 一种多相交错并联型dc-dc变换器输出电流控制方法及其系统

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