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大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電，是促進我國可再生能源開發(fā)利用、推進能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要舉措。“PV陣列+蓄電池+母線負載”構(gòu)成的三端口隔離式DC-DC變換器（Triple Active Bridge, TAB），每兩個端口間均可實現(xiàn)功率的傳輸與變換，相較于雙有源橋直流變換器（Dual Active Bridge, DAB）而言，控制靈活性更高、供電可靠性更好。

其中，高頻變壓器的應(yīng)用不僅可以實現(xiàn)端口間的完全隔離與電壓匹配，還可以極大地減小裝置體積與重量，提升裝置的整體變換效率。因此，TAB作為分布式光伏接入直流配電系統(tǒng)的一種積極探索與嘗試，已成為新能源發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵研究熱點之一。

目前有關(guān)TAB的研究工作基本還停留在初步的理論研究與探討階段，大量的理論與共性關(guān)鍵技術(shù)問題有待解決。和傳統(tǒng)DAB類似，TAB也是通過改變端口間方波電壓的移相角來調(diào)節(jié)輸出功率的大小及方向。在暫態(tài)調(diào)節(jié)過程中，移相角的動態(tài)變化會打破電感的伏秒平衡，進而在變換器端口電感及變壓器鐵心上產(chǎn)生直流偏置電流。

電感的直流偏置電流會在開關(guān)器件中引入過大的峰值電流，增大開關(guān)損耗，嚴重時造成開關(guān)器件的損壞。變壓器鐵心的直流偏置電流會導(dǎo)致鐵心工作時的磁化曲線不再關(guān)于原點對稱，當(dāng)偏磁嚴重時，鐵心將進入單向深度飽和，磁化電流劇增，鐵心損耗與溫升增加，變換器效率降低。因此，探索TAB直流偏置的抑制方法對變換器及其關(guān)鍵部件的安全運行至關(guān)重要。

現(xiàn)有關(guān)于TAB/DAB直流偏置抑制方法的研究大多基于模態(tài)分析法，未能清晰地對其偏置機理進行剖析，或需增加額外的硬件設(shè)施，且無法同時解決串聯(lián)電感及變壓器勵磁電感的直流偏置問題。

為避免直流偏置電流對TAB動態(tài)特性及整體變換效率的影響，確保功率器件及高頻變壓器的可靠運行，國家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心（湖南大學(xué)）的研究人員提出了TAB暫態(tài)直流偏置的抑制策略，可在單位開關(guān)周期內(nèi)同時抑制各端口高頻鏈電流及變壓器勵磁電流的直流偏置分量，且無需增加額外的硬件設(shè)施。

首先，介紹了TAB的等效電路模型及移相控制下的穩(wěn)態(tài)運行特性；然后，量化分析了TAB暫態(tài)直流偏置分量，并給出了移相角變化時直流偏置量的計算公式；最后，基于疊加定理深入剖析了直流偏置的形成機理，推導(dǎo)了暫態(tài)直流偏置抑制方法的數(shù)學(xué)模型，提出了兩種典型的驅(qū)動信號組合方法。

圖1 RT-LAB硬件在環(huán)測試平臺

基于Matlab/Simulink的仿真分析及RT-LAB的實驗結(jié)果驗證了所提方法的正確性和有效性，可以得到以下結(jié)論：

1）在移相角恒定不變的穩(wěn)態(tài)過程中，各端口串聯(lián)電感及變壓器漏感在一個開關(guān)周期內(nèi)滿足伏秒平衡關(guān)系，不存在直流偏置現(xiàn)象。但是隨著移相角增大（減小），傳輸功率增加（減小），電感的伏秒平衡關(guān)系被破壞，進而產(chǎn)生直流偏置現(xiàn)象，導(dǎo)致開關(guān)管電流應(yīng)力增大，高頻變壓器單向飽和，影響變換器的安全運行。

2）基于直流偏置形成機理的理論分析，改變各端口方波電壓的占空比或加入與移相角相關(guān)的零電壓階段，可在一個開關(guān)周期內(nèi)抑制各端口高頻鏈電流的偏置現(xiàn)象。通過推導(dǎo)過程可以發(fā)現(xiàn)，該方法可以衍生出多種驅(qū)動信號的組合方式，且均獨立于變換器的電路參數(shù)，無需增加額外的硬件設(shè)施，操作簡單，具有較好的推廣性和可移植性。

3）該方法不僅在移相角單步連續(xù)階躍跳變時具有顯著的效果，在輸出電壓動態(tài)調(diào)節(jié)過程中，移相角連續(xù)微小變化時同樣具有明顯的偏置抑制效果。當(dāng)輸出功率突變時，移相角發(fā)生暫態(tài)大幅突變，最終達到新穩(wěn)態(tài)，在整個暫態(tài)及穩(wěn)態(tài)過程中，各端口串聯(lián)電感及變壓器勵磁電感均能保持伏秒平衡，無偏置分量。

以上研究成果發(fā)表在2020年第9期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“三端口隔離DC-DC變換器的暫態(tài)直流偏置機理及抑制策略”，作者為余雪萍、涂春鳴、肖凡、劉貝。