雙有源橋(Dual Active Bridge，DAB)DC-DC變換器是一種先進(jìn)的電力轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有雙向能量流動能力，可以同時實現(xiàn)直流到直流的升壓和降壓轉(zhuǎn)換。在移相控制策略中，DAB變換器的兩個半橋的開關(guān)信號會相互錯開一定的相位角，以有效控制輸出電壓和電流，提高效率，降低紋波。DPS(雙移相)控制方法則進(jìn)一步優(yōu)化了電流應(yīng)力，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。本研究旨在通過仿真驗證DPS控制策略在DAB閉環(huán)控制中的有效性。DAB變換器由兩個交錯工作的半橋逆變器組成，每個半橋由兩個開關(guān)器件(如IGBT或MOSFET)構(gòu)成。通過改變開關(guān)頻率和占空比，可以調(diào)節(jié)輸出電壓和電流。DAB變換器的顯著特點是其雙向能量流動能力，使得電源可以從一個電能域高效轉(zhuǎn)換到另一個電能域。

DPS控制策略通過在DAB變換器的兩個半橋之間引入兩個移相角，即橋間移相角和橋內(nèi)移相角，來實現(xiàn)對電流應(yīng)力的最小化。通過調(diào)整這兩個移相角，可以改變流經(jīng)變壓器的平均電流，進(jìn)而調(diào)整輸出電壓。DPS控制策略的優(yōu)勢在于其能夠降低開關(guān)器件的電流應(yīng)力，減少功率損耗，提高系統(tǒng)效率。閉環(huán)控制系統(tǒng)是DAB變換器穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。本研究采用電壓閉環(huán)和電流閉環(huán)相結(jié)合的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。電壓閉環(huán)控制通過檢測輸出電壓并與設(shè)定值比較，然后調(diào)整移相控制器的相位差，以保持輸出電壓恒定。電流閉環(huán)控制則監(jiān)測輸出電流，并通過反饋機(jī)制調(diào)整開關(guān)頻率或占空比，以維持期望的電流水平。

閉環(huán)控制是指控制論的一個基本概念。指作為被控的輸出量以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對輸入端施加控制影響的一種控制關(guān)系。帶有反饋信息的系統(tǒng)控制方式。當(dāng)操作者啟動系統(tǒng)后，通過系統(tǒng)運(yùn)行將控制信息輸向受控對象，并將受控對象的狀態(tài)信息反饋到輸入中，以修正操作過程，使系統(tǒng)的輸出符合預(yù)期要求。閉環(huán)控制是一種比較靈活、工作績效較高的控制方式，工業(yè)生產(chǎn)中的多數(shù)控制方式采用閉環(huán)控制的設(shè)計。閉環(huán)控制是根據(jù)控制對象輸出反饋來進(jìn)行校正的控制方式，它是在測量出實際與計劃發(fā)生偏差時，按定額或標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行糾正的。閉環(huán)控制，從輸出量變化取出控制信號作為比較量反饋給輸入端控制輸入量，一般這個取出量和輸入量相位相反，所以叫負(fù)反饋控制，自動控制通常是閉環(huán)控制。比如家用空調(diào)溫度的控制。

雙有源橋(Dual Active Bridge, DAB)直流變換器就是其中一種應(yīng)用在大功率場合的雙向DC-DC變換器。1991年，德國亞琛工業(yè)大學(xué)的R. W. De Doncker教授提出三相DAB直流變換器，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在提出后的十幾年時間里并沒有成為電力電子領(lǐng)域研究的熱點，但是隨著大功率和高功率密度應(yīng)用場合的增多以及電力電子器件和相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，三相DAB直流變換器逐漸成為近年來研究的熱點。國內(nèi)外學(xué)者對于三相DAB直流變換器的主要研究方向集中于電路拓?fù)?、調(diào)制策略、建模和控制方法等方面。

為了分析變換器的動態(tài)特性和設(shè)計閉環(huán)控制器，需要建立三相DAB直流變換器精確的動態(tài)模型。狀態(tài)空間平均法(State Space Averaging, SSA)能夠準(zhǔn)確反映變換器的工作過程，該方法提出以來在變換器建模領(lǐng)域取得很大的成功。然而，由于在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時三相DAB直流變換器的三相電感電流是純交流量，不滿足小紋波假設(shè)，因此不能使用狀態(tài)空間平均法對其進(jìn)行建模。

為了解決這一問題，有學(xué)者提出了狀態(tài)空間平均建模方法(State- Variable Averaging and State-Space Averaging, SVA- SSA)。這種方法可以將變換器的階數(shù)從四階降為一階，但是需要對每種可能的開關(guān)模式進(jìn)行討論建模，因此無法得到統(tǒng)一的建模結(jié)果。

有學(xué)者提出的基頻近似法(First-Harmonic Approximation, FHA)只考慮了控制變量和狀態(tài)變量的基頻成分，利用相量或空間矢量對變換器的大信號變量進(jìn)行表示，雖易于判斷變換器零電壓開關(guān)(Zero Voltage Switching, ZVS)的實現(xiàn)情況，但是由于忽略了其他頻次成分，所以當(dāng)引入占空比作為控制變量時，F(xiàn)HA的建模精度較低。

傳統(tǒng)的三相DAB直流變換器調(diào)制策略是單移相調(diào)制策略，該調(diào)制方法簡單且易于實現(xiàn)，但會造成其在折算后兩側(cè)直流電壓比值遠(yuǎn)離于1的情況，尤其是負(fù)載較輕時會導(dǎo)致DAB的效率較低。為了解決該問題，目前主要的方法是：降低由回流功率所引起的通態(tài)損耗，從而提高三相DAB直流變換器效率。

為此，已有相關(guān)文獻(xiàn)提出了雙重移相(Dual- Phase-Shift, DPS)控制和擴(kuò)展移相(Extend- Phase-Shift, EPS)控制以及三重移相控制方式(Triple-Phase-Shift, TPS)控制策略，即在單移相控制的基礎(chǔ)上，在兩側(cè)有源橋增加本身內(nèi)移相控制，從而減小這段時間間隔。

根據(jù)相關(guān)學(xué)者分析可知，實際上EPS(或DPS)調(diào)制策略是TPS調(diào)制策略的一個特殊情況。但是，針對TPS控制下的最優(yōu)控制量計算和選取問題，以上文獻(xiàn)均沒有給出詳細(xì)的求解方法，而且，所設(shè)計的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)常采用固定限幅，當(dāng)目標(biāo)值發(fā)生較大突變時，系統(tǒng)動態(tài)特性較差。

針對以上存在的問題，國家電網(wǎng)有限公司、西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院等單位的研究人員，在分析了三相DAB直流變換器TPS調(diào)制策略下工作特性的基礎(chǔ)上，采用電流有效值優(yōu)化調(diào)制策略，使用多頻分量法表示狀態(tài)變量并應(yīng)用內(nèi)點法來求解出最優(yōu)的控制變量組;然后，運(yùn)用二階廣義狀態(tài)空間平均法對三相DAB直流變換器進(jìn)行建模，基于所采用的電流有效值優(yōu)化調(diào)制策略，提出一種加入優(yōu)化限幅模塊的閉環(huán)控制方法;最后，采用Matlab/Simulink和PLECS聯(lián)合仿真對二階廣義狀態(tài)空間平均模型與有學(xué)者提到的SVA-SSA模型進(jìn)行對比，得出二階廣義狀態(tài)空間平均模型精確性更高的結(jié)論。

DAB作為DC-DC變換器夾在整流側(cè)和逆變側(cè)之間,高壓直流側(cè)和低壓直流側(cè)不可避免地都會有整流和逆變帶來的二次紋波,降低輸出電壓質(zhì)量。降低輸出電壓二次紋波最簡單的手段是增大高壓和低壓側(cè)濾波電容,但這樣會增加硬件體積,不符合電力電子變換器小型化、輕量化的發(fā)展方向。拓?fù)湟种坪涂刂撇呗砸种剖墙鉀Q該問題的主流手段,但無論是怎樣的拓?fù)湟种?都會增大硬件體積,成本也會隨之增加。文獻(xiàn)通過拓?fù)湟种频姆绞浇档图y波,有的增加了電感支路,有的增加了有源濾波器,都使得硬件體積增大。所以,本文選擇控制策略抑制手段來降低輸出電壓二次紋波。

DAB閉環(huán)控制中,控制器多采取PI控制,但是PI控制由于帶寬限制,對交流部分不能實現(xiàn)無靜差跟蹤,PIR控制相較于PI控制,彌補(bǔ)了PI控制在交流信號追蹤上的不足。本文采用PIR控制實現(xiàn)二次紋波從高壓側(cè)到低壓側(cè)的穩(wěn)定傳輸,并通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)和合理的仿真驗證,證明了本文所提方法的可行性和合理性。