- 頭條諧振型雙向DC-DC變換器的復合最優軌跡控制策略2021-05-06 作者：魯靜 同向前 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語西安理工大學電氣工程學院的研究人員魯靜、同向前、張嘉翔、申明、尹軍，在2020年《電工技術學報》增刊1上撰文，針對L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器提出了比例-積分-諧振（PID）控制與最優軌跡控制相結合的復合最優軌跡控制策略。研究結果表明，采用復合最優軌跡控制策略顯著改善了L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器的動態性能。
電力電子變壓器是未來智能電網的核心設備，可以實現交直流電壓的相互靈活變換和功率四象限運行，帶儲能時還可平抑負荷功率波動、補償上游電網的電壓暫降等，受到國內外學者越來越廣泛的關注。其中，雙向DC-DC變換器（Bidirectional DC- DC Converters, BDC）是實現兩端電氣隔離以及穩定直流母線電壓的核心模塊。
國內外學者從拓撲結構和控制策略兩個方面已經對BDC進行了大量研究。為了改善BDC的軟開關特性，LC串聯諧振、LC并聯諧振、LCC諧振以及LLC諧振[10]等諧振技術被應用到BDC的拓撲結構中，其中LLC諧振變換器，以其在寬電壓范圍輸入下功率密度高、電磁干擾低、環流能量小以及在全負載范圍內均可實現一次側開關管的零電壓開通（Zero Voltage Switching, ZVS）和二次側整流二極管的零電流關斷（Zero Current Switching, ZCS）等優異的綜合性能而引起了廣泛的關注。
- 有學者提出了LLC諧振型BDC變換器，正向運行時與LLC諧振變換器相同，反向運行時僅相當于傳統的全橋變換器。
- 有學者在變換器的二次側添加了諧振電容，但都由于結構不對稱、變換器正向運行和反向運行的諧振頻率特性和增益特性差異較大，導致其參數設計和控制復雜度和難度增大。
- 有學者提出了CLLLC諧振型BDC變換器，雖然實現了結構對稱，但增加了諧振元件個數，也增加了諧振參數和控制難度。
- 有學者提出了L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器（L-LLC Bidirectional DC-DC Converters, L-LLC-BDC），該變換器在正向和反向運行中的電路結構完全相同，但由于其同步控制策略使其電壓增益范圍較窄，且系統的動態特性較差。
- 有學者將VF-PS混合控制策略應用于L-LLC-BDC，雖然該方法使得系統的運行效率較高，但對系統的動態性能改善不大。
- 有學者采用了軌跡控制策略提高了系統的動態性能，但它僅使用在LLC諧振變換器中。
為改善L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器的動態性能，西安理工大學電氣工程學院的研究人員提出基于比例-積分-諧振（Proportion-
Integration-Differentiation, PID）控制和最優軌跡的復合最優軌跡控制策略。圖1 實驗裝置實物
在系統穩態時采用PID控制減小穩態誤差保持輸出電壓恒定；當出現負載跳變時，采用最優軌跡控制改變開關管的頻率，使其在最短時間內重新達到穩態。該控制策略實現了輸入側開關管的零電壓開通和輸出側整流管的零電流關斷，精確預測了負載突變時的開關管導通時間，顯著提高了變換器的動態性能且減小了運算的復雜度。
研究人員得到以下結論：
- 1）L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器在不同運行模態下的軌跡方程是正確的。
- 2）負載突變時開關管的導通時間調整量的預測結果是準確的，預測方法是正確的。
- 3）L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器采用復合最優軌跡控制策略，明顯改善了變換器對負載突變的動態響應性能。
以上研究成果發表在2020年《電工技術學報》增刊1，論文標題為“L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器的復合最優軌跡控制策略研究”，作者為魯靜、同向前、張嘉翔、申明、尹軍。
