梁奇峰，莊武良

（中山火炬職業(yè)技術(shù)學院，廣東 中山 528436）

1 相關技術(shù)

1.1 LLC-BDC的狀態(tài)平面分析

1.1.1 工作原理

為了簡化分析，我們假設輸出電容足夠大，而且輸出的電壓能夠一直保持恒定。圖1為LLC-BDC變換器當時的穩(wěn)態(tài)時域波形和相應的諧振運行模態(tài)。

圖1 LLC-BDC穩(wěn)態(tài)時域波形

1.1.2 APWM

當傳統(tǒng)半橋LLC諧振變換器采用PFM時，轉(zhuǎn)換器通過提高工作頻率來降低電壓增益。但開關頻率太高，與此同時，在共振參數(shù)和質(zhì)量條件下，對變換器和電器的要求也得到了提高。為了解決這個問題，APWM被用來在事件模式下增加電壓[2]。APWM意味著逆變器與橋的下方的關系不同，通過改變工作系數(shù)來調(diào)節(jié)逆變器電壓的增加。這種方法可以讓轉(zhuǎn)換器最大限度地提高開關頻率和下行工作周期的力量，從而擴大轉(zhuǎn)換器輸出電壓增益的調(diào)節(jié)范圍。

1.1.3 雙向LLC諧振型直流變壓器的工作原理

DCT輸入端是直流線路上的電源，輸出端是為負載供電或在并行直流網(wǎng)絡中移除電力系統(tǒng)。圖2顯示電流的方向，從開關的一邊到另一邊的能量傳輸被定義為一種狀態(tài)，從另一邊到另一邊的電力傳輸被定義為一種發(fā)電模式。當DCT在能量傳輸模式下運行時，加馭動信號，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)逆變功能，當不加馭動信號時，采用開關管反并聯(lián)的二極管進行整流，當直流變壓器在發(fā)電模式工作時，對應的加馭動信號則實現(xiàn)逆變，當不加馭動信號時則實現(xiàn)二極管整流，從而誘導磁化可以等同于循環(huán)的第二部分和工作時的結(jié)構(gòu)。圖2所示的DCT可以解釋為在發(fā)電模式或發(fā)電模式下運行的雙向電力傳輸，簡單地傳輸LLC變換器而不附加電路，LLC共振轉(zhuǎn)換器的工作方法可以分為頻率和相位控制。

圖2 雙向LLC諧振型DCT結(jié)構(gòu)

1.2 采用頻率調(diào)制的變頻控制

LLC諧振變換器在實現(xiàn)變頻控制時，它的主要工作波形如圖3所示，整個開關周期一共包括8個工作階段，其中早期和后期兩個工作階段的工作條件是相同的。為了說明工作細節(jié)，在圖3和圖4中增加死亡時間，與分析中忽略的過渡時期相比，死亡時間太短了。

圖3 變頻控制時的主要工作波形

圖4 雙向LLC變換器的基波等效模型

當k=10時，得到不同口值下的雙向LLC諧振變換器的增益曲線，如圖5所示。

圖5 變頻控制時的增益曲線

1.3 采用脈寬調(diào)制的移相控制

LLC諧振變換器使用基本的理論波來控制切變階段，過渡周期一共包括10個工作階段，其中第一個階段和最后一個階段的工作條件是相同的，開關頻率等于諧振頻率。

當采用移相控制時，諧振電流的諧波分量增多，傳統(tǒng)的基本分析方法會出現(xiàn)更多的誤差。通過給D賦值，可以確定M的數(shù)值解，使得k=10，就可以得到不同Q值下M到D的增益曲線，如圖6所示。

圖6 定頻控制時的增益曲線

由此可見，處于穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)的L L C 諧振型DCT，當上述兩種控制方法實現(xiàn)交匯的時候，其開關頻率等于共振頻率，這形成了一個工作周期。該區(qū)域的最大電位是固定的，并且無論負載如何，該屬增益穩(wěn)定為1且與負載無關。

2 LLC諧振電路控制策略

圖7是一個與PI的最佳軌跡混合的控制系統(tǒng)。當系統(tǒng)工作的時候，使用PI來補償輸出電壓，調(diào)節(jié)開關頻率。這個時候的軌跡控制規(guī)則是根據(jù)功率指令（充電電流值）計算出最佳變化和自由時間，并計算出最佳的開關管導通和關斷時間，從而保證系統(tǒng)良好的動態(tài)性能。

圖7 PI撮優(yōu)軌跡控制控制框圖

為了使LCC變換器能夠取得最高的效率，在實際的工作中，會將控制區(qū)設置在靠近噪聲頻率點的地方[3]。根據(jù)負載越重，路徑半徑越大的規(guī)則，當負載從輕負載跳到重負載時，記錄最佳超前功率的 PI 。

諧振腔電流的有效值為

可變形為

2.1 雙向LLC諧振型DCT的軟啟動控制策略

LLC諧振變換器傳統(tǒng)的軟啟動方式采用降頻控制，即電器在開始時以最小開關頻率運行，然后降低到額定開關頻率。本文提出了一種移相控制的軟啟動控制策略——步進控制的易啟動控制策略，可消除起點電流。

2.2 雙向LLC諧振型DCT的換向控制策略

輸出端可接負載或是發(fā)電系統(tǒng)，它是一個恒定流導體，可以連接到加載或輸出系統(tǒng)。因此，在電容與負載之間或輸出系統(tǒng)之間來判斷功率流動的方向，從而確定DCT 的工作模式。電流i0為正時，DCT 工作在供電模式；電流i，從而定義DCT工作模式。當前啟用時，DCT 將在電力傳輸模式下運行；發(fā)生故障時，DCT 以發(fā)電模式運行。

3 仿真分析

為了進一步驗證雙向LLC諧振電路控制策略是否正確，本研究通過模擬軟件MATLAB進行仿真分析，表1顯示仿真結(jié)果的有效性。

表1 系統(tǒng)仿真模型參數(shù)

在0.08 s時，負載從輕載到重載跳變，諧振電流在開通時為負，開眾所周知，通過整容二極管運行的ZVS與整流器中的ZCS之間有間隙，顯著減少了整流管的動態(tài)損失。圖8是負載跳躍時釋放電壓的波動變體，有負載時最佳電壓減少到1.2 V，最佳功率輸出時間減少到0.6 ms，工作時間減少到1.8 m，修正時間減少到8 m。

圖8 負載跳變時的輸出電壓波形

通過對變換器的比較分析可以得到：使用LC轉(zhuǎn)換器、LC-DC具有最佳組合功率，識別運輸和二極管中的ZCS，減少系統(tǒng)的能源消耗；當開關頻率上升到71 kHz時，它就能工作。

4 結(jié)束語

綜上所述，L C、L C-BD C有效實現(xiàn)了輸入側(cè)開關管的零電壓開通和輸出鋇整流管的零電流關斷，提高了系統(tǒng)的運行效率；開關管的開關頻率大幅提高，能有效提升設備功率密度；具有良好的動態(tài)性能，適用于儲能裝置與微網(wǎng)柔性并網(wǎng)系統(tǒng)中的母線聯(lián)接；同時相對于最優(yōu)軌跡控制，降低了計算難度?！?/p>