摘要
由于新能源大多以直流形式直接输出或需经交-直流转化以控制输出频率的稳定，因此需要构建以直流变压器为接口设备的直流电网。而双有源桥（DualActiveBridge，DAB）变换器由于其原副边电气隔离、结构对称、功率密度高，成为了直流变压器的主要拓扑选择之一。合理的控制策略是保证DAB高效可靠运行的前提条件，但现有DAB变换器控制策略大多只针对单一目标进行优化，DAB变换器效率较低。因此，本文以扩展移相（ExtendedPhaseShift，EPS）控制下的DAB变换器为研究对象，对DAB变换器的双目标复合优化控制策略进行了研究。 本文首先介绍了DAB变换器在EPS调制下的工作原理，对EPS调制下的传输功率、回流功率、电流应力的模型进行了分类与求解，建立了EPS调制下的DAB完整模型。在所得模型的基础上，解得了软开关的全约束条件，并分析了不同模式的传输功率、回流功率、电流应力、软开关特点。 在前文所得EPS全建模的基础上，本文提出了一种回流功率与电流应力双目标复合优化控制策略，以降低回流功率为首要优化目标，降低电流应力为次要优化目标，根据优化目标选择宽功率范围或低电流应力的模式进行组合，采用有约束极值法，解得了复合优化控制策略的最优路径。所提控制策略实现了在优化回流功率的同时降低电流应力，增大了零回流功率条件下的传输功率范围。 不断高频化对于DAB变换器提升功率密度至关重要，随着DAB变换器的高频化，软开关重要性不断提升。但是，软开关、电流应力、回流功率无法同时最优，故本文还提出了两种计及软开关的双目标复合优化控制策略，分别在软开关的前提下优化回流功率或电流应力。在所得模型与软开关约束条件的基础上，根据优化目标选择可以软开关的工作模式，采用有约束极值法解得复合优化控制策略。所提控制策略实现了DAB变换器所有开关管在不同传输功率、不同电压传输比时的完全软开关，并且工作在最优回流功率或电流应力条件下，降低了DAB变换器的导通损耗。此外，所提控制策略实现了移相比的解耦，优化路径清晰明确，便于工业运用与数字化实现。 本文搭建了DAB变换器的实验平台，对比了所提控制策略与现有控制策略，验证了本文所提控制策略的有效性和效率的优越性。最后，对本文所提控制策略在不同电压传输比、不同传输功率、不同频率等不同工况的效率进行了对比，结果表明电压传输比、传输功率、频率等因素均可影响控制策略的效率变化特性，在不同工况下的最优控制策略会随着不同因素的改变而变化。
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