基于双有源双桥变换器的双向DC/DC接口技术的研究

李佳佳 樊晓虹 张臣臣 王吉祥 万思鹏

摘 要：随着微电网的快速发展和大量接入，能量路由器应运而生。本文主要研究基于双有源双桥（Dual-active-bridge，DAB）变换器的能量路由器控制策略。通过MATLAB平台搭建仿真模型，仿真结果表明，该控制方法可实现在并网/孤岛模式下保持直流母线电压恒定。

关键词：微电网;双有源双桥变换器;解耦控制

1 绪论

随着新能源发电的快速发展，传统电网的架构已经无法满足多种能源同时接入的要求，能源互联的概念应运而生。[1]能量路由器作为能量互联系统的核心装置，对于可再生能源的高效消纳和大电网的安全稳定运行非常重要。能量路由器能够为各种类型的新能源、负载甚至大电网提供灵活并且标准化的电力电子接口。[1]本文提出了一种基于DAB变换器的双向DC/DC变换器控制策略，并在MATLAB/Simulink对其仿真验证。

2DAB控制策略

文献[2]已对能量路由器的工作原理进行了详细介绍，本文不再赘述。如图1所示为是采用PI控制器的单个DAB子模块的稳压控制框图。

其中：

Uoref——输出电压参考值;

Ig——输出电流;

Kup——比例环节;

Uo——输出电压。

为了解决单个DAB模块的开关管不能承受高电压的问题，本文采用n个DAB子模块输入串联输出并联（input-series and output-parallel，ISOP）组合的形式。[3]本文推导出控制量与被控制量之间的传递函数如下式：

GDsiusi（s）=usiΛDsi

DΛ=0DΛsj=0（i≠j）

=ThsntUo（1-2D）SCsL=A（s）

GDsjusi（s）=usiΛDsjΛ

DΛ=0DΛsi=0（i≠j）

=0

GDusi（s）=usiΛDsiΛDΛsi=0=0

GDsiuo（s）=usiΛDsi

DΛ=0=0

GDuo（s）=uoΛDsiΛ

DΛsi=0

=ThsntUin（1-2D）L（sCp+1/RL）=B（s）（1）

其中：

D——輸出电压环路产生的移相比;

Dsi——输入环路产生移相比;

usi——输入电压;

uo——输入电压;

D︿——移相修正比;

usi︿——修正输入电压值;

uo︿ ——修正输出电压值。

由式（1）可得如图2所示的解耦控制框图：

3 仿真验证

在MATLAB中对本文所提出的DC-DC解耦控制策略进行仿真，图3为加入稳压控制之后输出电压环路的Bode图。图4为均压控制后的电压波形。

从图3可知，补偿后低频区增益与穿越频率都得到了改善，幅值裕度无穷大，相位裕度较大，系统具有良好的稳定性与快速性。

由图4可知，在负载突然发生变化时电压仅会产生微小的波动，并且可迅速恢复稳定。

参考文献：

[1]安笑蕊.电能路由器的研究与应用[D].天津大学，2014.

[2]徐梦超，邰能灵，黄文焘，等.基于社区能源网的电能路由器设计[J].电力系统保护与控制，2016，44（23）：177-183.

[3]孙贺.直流微网双向DC/DC接口技术的研究[D].华北电力大学，2018.