当前课程知识点：现代电力电子技术及应用 > 第5章双有源全桥DC-DC变换电路在电力电子变压器中的应用 > 5.4 双有源桥式变换器软开关技术 > 5.4 双有源桥式变换器软开关技术
大家好
接下来我们将介绍双有源桥式变换器
无功功率及其优化控制
首先
我们来看一下无功功率的影响
如上图所示
由于VAB与VCD之间存在相位差
在功率传输过程当中某一时段之内
电感电流与一次侧输出电压VAB
相位相反
此时传输功率为负
功率由变压器回流到电源V1当中
即为电源侧无功功率
当电感电流L与二次侧H桥
输出电压VCD相位相反时
输出功率P为负
功率由负载侧回流到变压器
即为负载侧无功功率
当平均传输功率一定时
电源侧和负载侧的回流功率会导致
瞬时功率和视在功率增加
使开关器件电流应力增大
增大了功率器件磁性元件的损耗
降低了变换器的效率
增加了运行成本
因此
采用合适的控制方式对无功功率进行优化
十分有必要
首先我们来看一下
单移相控制下的无功功率
如上图所示
为DAB高频变压器一次侧
和二次侧电压及一次侧电流波形
其中黄色填充区域为电源侧无功功率
即一次侧无功功率
蓝色填充区域为二次侧
也就是负载侧无功功率
由于逆变电压VAB和VCD均为
两电平方波
且电压存在相位差
即移相角
因而势必会造成电感电流
与两异变电压乘积发生符号变化
引起功率的反向即产生无功功率
因此
对于单移相控制而言
无功率环流是其固有问题
难以进行优化
无功功率大小
与电感电流过零点的位置有关
当电感电流的过零点
在t零到t1区间之内
标幺化无功功率的表达式如下所示
我们可以看到它包括了
电源侧标幺化无功和负载侧标幺化无功
当电压转换比K等于1时
电源侧和负载侧无功功率相等
当K大于1时
电源侧无功环流的现象更为明显
接下来
我们介绍一下双移相控制下的无功功率
如下图所示
在电源侧H桥内引入内移相角d1后
VAB变为三电平方波
输出零电平时
输出零电平时可减少逆变器
一次侧电压VAB
与一次侧电流反向所持续的时间
即减小回流功率的时间
因此可以对电源侧无功功率
有较好的抑制效果
然而
高频变压器二次侧电压VCD
仍为两电平方波
对负载侧无功功率效果优化不太明显
因此
采用同步三移相控制
同时对电源侧和负载侧无功功率
进行优化
其作用原理如下图所示
同步三移相控制在电源侧H桥和
负载侧H桥内
同时引入內移相角d1后
VAB和VCD都变为三电平方波
逆变电压与电感电流反向时间相对减小
因此可以对两侧无功功率有
较好的抑制效果
所以
通常常规选择
同步三移相作为
优化无功功率问题的一个基础方法
当电感电流过零点
在t1到t2区间段之内时
标幺化无功功率的表达式如下所示
它包括一次侧无功和二次侧无功
从以上式子当中我们可以看出
标幺化无功功率与电压转换比k
及一移相角d有关
由于k的存在
同步三相控制下
DAB传输功率和无功功率的
公式过于复杂
当K不等于1时
电流过零点
也不一定会在t1到t2区间段之内
因此无功率的表达式将发生变化
考虑到实际应用当中
直流配电网高压侧和低压侧
直流母线电压值相对是恒定的
因而
DAB的输入输出电压值保持恒定
所以在这儿我们用
k等于v1比上N倍的v2来表示
当k等于1时可以简化模型
便于最小无功功率优化控制的方法
为了验证最小无功功率控制的有效性
我们通过一个仿真来进行展示
我们在Matlab/Simulink仿真平台上
搭建了相关模型
它的参数如下表所示
为了与理论分析相一致
我们选取传输功率的标志在
取0.64和0.88两个工况
然后分别采用单移相控制、同步三相控制
及最小无功功率控制三种方法
对DAB进行闭环控制
具体的控制框图如上图所示
可以看到该控制方法实际上已经简化成了
一个单一变量的控制系统
通过控制外移相角d
可以实现对有功功率和输出电压的控制
通过同时根据内外相角的关系
可以相应地得出内移相角d1
如图所示为
标幺化的传输功率
取0.64时不同控制方法下
输出电压VAB和VCD及电感电流的波形
经过对比可以看出
三种控制方法当中
单移相控制运行点存在
逆变输出电压与电感电流反向的一个阶段
即此时它存在无功率
同步三移相控制的运行同样存在无功功率
但比单移相控制下无功功率要小
运行点对应的电流应力很大
即对运行点的不恰当选择
会使DAB运行特性变差
采用最小无功功率
可以使运行点对应的无功功率为零
能够有效的抑制无功功率
并且同步三移相控制相比
能够在一定程度上减小电流应力
如图所示
为标幺化传输功率
取0.88时不同控制方法下
输出电压
不同控制方法下
高频变压器一次侧二次侧电压及
电感电流的仿真波形
当功率较大时
即标幺化的功率大于三分之二的情况
最小无功功率控制下
DAB仍然存在无功功率
相比于单项控制和同步三移相控制
他的无功功率有明显的减小
以上仿真结果表明
在轻载时无功优化的效果比较明显
以上内容
是关于双源桥式变换器无功功率
及其优化的相关介绍
-1.1无功补偿与有源滤波概述
-1.2SVG与APF关键技术
-1.3三相桥式PWM逆变电路
-1.4瞬时功率计算方法
-1.5谐波和无功电流的实时检测
-1.6SVG工作原理及应用
-1.7APF系统控制与仿真
-1.8SVG控制技术与仿真
-第一章习题
-2.1 风力发电技术概述
-2.2 风力发电机组
-2.3 双PWM变流器的运行
-2.4 风力机模型
-2.5 双PWM变流器的数学模型
-2.6 DFIG的数学模型
-2.7 DFIG的控制策略
-2.8 PMSG的数学模型
-2.9 PMSG的控制策略
-第二章习题
-3.1 柔性直流输电系统概述
-3.2 柔性直流输电的拓扑结构
-3.3 子模块的拓扑结构及工作原理
-3.4 MMC的调制方法——NLM
-3.5 MMC的调制方法——PWM
-3.6 MMC-HVDC的建模
-3.7 MMC的谐波分析
-3.8 MMC的均压均流控制
-3.9 柔直换流器的控制系统
-第三章习题
-4.1 蓄电池储能系统概述
-4.2 双向DC-DC变换电路拓扑
-4.3 双向Buck/Boost变换器工作原理（一）
-4.4 双向Buck/Boost变换器工作原理（二）
-4.5 双向Buck/Boost变换器数学模型
-4.6 蓄电池模型
-4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
--4.7 基于双向Buck/Boost变换器的BESS充放电控制
-第四章习题
-5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（上）
--5.1 电力电子变压器及隔离型DC-DC变换器概述（下）
-5.2 双有源桥式变换器拓扑及工作原理
-5.3 双有源桥式变换器最小无功功率控制
-5.4 双有源桥式变换器软开关技术
-5.5 双有源桥式变换器在直流电力电子变压器中的应用
-5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（上）
--5.6 双有源桥式变换器在交流电力电子变压器系统中的应用（下）
-第五章习题
