一种针对三有源桥直流变换器的优化控制方法

本发明属于控制方法计算，具体涉及一种针对三有源桥直流变换器的优化控制方法。

背景技术：

1、目前，针对三有源桥dc-dc直流变换器(tripleactive?bridge?dc-dc?converter，tab)电路的最基本的控制策略为单移相控制(singlephase-shift，sps)策略，sps控制策略通过控制tab电路各端口h桥的方波电压vhi(i＝1,2,3)之间的移相角调节各端口之间的输出功率，从而调节各端口的输出功率，如图1所示为本发明方法中sps控制下各端口h桥方波电压工作波形示意图。

2、然而，sps控制策略下tab的控制自由度较少、灵活性低，并且由于回流功率的存在，使电感电流有效值增大，从而使tab的损耗增加，降低系统运行效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种模型复杂度降低、计算难度减小、系统效率提高的针对三有源桥直流变换器的优化控制方法。

2、本发明提供的这种针对三有源桥直流变换器的优化控制方法，包括如下步骤：

3、s1.获取目标三有源桥直流变换器电路的电路参数；

4、s2.采用步骤s1获取的电路参数，和目标三有源桥直流变换器电路的应用场景，确定目标三有源桥直流变换器电路的控制参数；

5、s3.采用步骤s1中获取的电路参数和步骤s2确定的控制参数，选择电感电流有效值最小为控制目标，构建三有源桥直流变换器电路的控制模型；

6、s4.采用遗传算法针对步骤s3构建的三有源桥直流变换器电路的控制模型进行求解，并将求解结果存储到三有源桥直流变换器电路的控制器中；

7、s5.在目标三有源桥直流变换器电路实际工作时，根据步骤s4中存储在控制器中的求解结果，完成对三有源桥直流变换器电路的实时控制；

8、步骤s1所述的获取目标三有源桥直流变换器电路的电路参数，具体包括：

9、tab电路的相关参数具体包括：

10、变压器变比ni(i＝1,2,3)；各端口直流电压vi(i＝1,2,3)；各端口电感值li(i＝1,2,3)；各端口直流侧电容ci(i＝1,2,3)；各端口电流值ii(i＝1,2,3)；各端口h桥的方波电压vhi(i＝1,2,3)；各端口电压基准值vrefi(i＝1,2,3)；各端口电流基准值irefi(i＝1,2,3)；端口1各开关管s1i(i＝1,2,3,4)；端口2各开关管s2i(i＝1,2,3,4)；端口3各开关管s3i(i＝1,2,3,4)；

11、步骤s2所述的采用步骤s1获取的电路参数，和目标三有源桥直流变换器电路的应用场景，确定目标三有源桥直流变换器电路的控制参数，具体包括：

12、控制参数包括移相比、端口功率、电压匹配比、内移相比；

13、考虑单个内移相比d2≠0，d1＝0、d3＝0情况；

14、(2-1)确定移相比：

15、采用步骤s1中获取的端口2电流值i2和对应的电流基准值i2ref、端口3输出直流电压v3和对应的电压基准值v3ref；

16、针对端口2电流值i2和对应的电流基准值i2ref进行作差处理，处理结果经由pi控制器处理后，获取对应的移相比d12；

17、针对端口3输出直流电压v3和对应的电压基准值v3ref进行作差处理，处理结果经由pi控制器处理后，获取对应的移相比d13；

18、(2-2)确定端口功率：

19、基于d2≠0，d1＝0、d3＝0的情况，根据d12、d13和d2之间的关系，将移相加脉宽控制(phase?shiftingpluspulsewidthmodulation，ps-pwm)方式划分不同工作模式，确定不同工作模式下的各端口传输功率；采用下述公式表示传输功率：

20、

21、其中，pij表示端口i和端口j之间的传输功率；ilij表示等效电路中的电感电流；i＝1,2,3，i表示端口i；j＝1,2,3，j表示端口j；

22、采用上述公式的计算结果，根据各端口间功率传输关系确定端口功率确定端口功率p2和p3；再根据功率基准值，确定端口功率标幺值p2*和p3*；

23、(2-3)确定电压匹配比：

24、采用下述公式计算电压匹配比：

25、k21＝n12v2/v1

26、其中，k21表示端口1、2的电压匹配比；n12表示变压器绕组1、2的变比，计算公式如下所示：

27、n12＝n1/n2

28、v1表示端口1输入直流电压值；v2表示端口2输入直流电压值；

29、k31＝n13v3/v1

30、其中，k31表示端口1、3的电压匹配比；n13表示变压器绕组1、3的变比，计算公式如下所示：

31、n13＝n1/n3

32、v3表示端口3输出直流电压值；

33、(2-4)确定内移相比：

34、通过遗传算法寻优获得(p2,p3)全功率范围内不同电压匹配比k21对应的内移相比d2；具体包括：

35、1)针对遗传算法的参数进行初始化处理，获取种群内各个个体的初始参数(d12,d13,d2)，并计算适应度；适应度为电感电流有效值平方和；

36、2)判断内移相比d2是否满足工作模式移相比约束；

37、3)当约束条件不满足时，针对个体进行编码处理，根据设定的参数对种群进行选择、交叉、变异操作，随后进行解码处理，得到新种群的(d12,d13,d2)，比较当前轮次迭代的适应度与上一轮迭代的适应度的大小，选择最优结果用于更新最优适应度和最优解；

38、4)当约束条件满足时，结束运算，获得优化后的内移相比d2；

39、步骤s3所述的采用步骤s1中获取的电路参数和步骤s2确定的控制参数，选择电感电流有效值最小为控制目标，构建三有源桥直流变换器电路的控制模型，具体包括：

40、采用下述公式表示基于电路分解模型的电感电流有效值平方和优化数学模型：

41、

42、其中，表示ps-pwm控制下基于电路分解模型的电感电流有效值平方和，计算公式如下所示：

43、

44、其中，表示δ等效电路中流过电感il12的电流有效值的平方；表示δ等效电路中流过电感il13的电流有效值的平方；表示δ等效电路中流过电感il23的电流有效值的平方；对应的计算公式如下所示：

45、

46、其中，lδ＝l12＝l13＝l23

47、g1的计算公式如下所示：

48、

49、g2的计算公式如下所示：

50、g2＝1/6+2d12d13-d13d2

51、f(d12,d13,d2,k21,k31)表示电感电流有效值平方和表达式；g(d12,d13,d2,k21,k31,pi*)＝0表示功率约束条件；pi*表示端口功率标幺值(i＝2,3)；lj表示工作模式j下的移相比约束；

52、由于ps-pwm控制方式包括5种工作模式，根据各端口之间功率传输关系，确定在不同工作模式下，移相比约束条件不同时，各端口的功率表达式；

53、当工作模式为模式1时，对应的移相比约束条件为：

54、

55、各端口的功率表达式为：

56、

57、其中，p1表示端口1功率；lδ表示δ等效电路中等效电感；p2表示端口2功率；p3表示端口3功率；

58、当工作模式为模式2时，对应的移相比约束条件为：

59、

60、各端口的功率表达式为：

61、

62、当工作模式为模式3时，对应的移相比约束条件为：

63、

64、各端口的功率表达式为：

65、

66、当工作模式为模式4时，对应的移相比约束条件为：

67、

68、各端口的功率表达式为：

69、

70、当工作模式为模式5时，对应的移相比约束条件为：

71、

72、各端口的功率表达式为：

73、

74、步骤s4所述的采用遗传算法针对步骤s3构建的三有源桥直流变换器电路的控制模型进行求解，并将求解结果存储到三有源桥直流变换器电路的控制器中，具体包括：

75、通过遗传算法寻优获得(p2,p3)全功率范围内不同电压匹配比k21对应的内移相比d2，并将k21、p2、p3、d2以表格的形式存储到控制器中；

76、在实际运行过程中，通过在线查表，实时查询已获得的内移相比d2值，获得优化后的移相比组合；

77、步骤s5所述的在目标三有源桥直流变换器电路实际工作时，根据步骤s4中存储在控制器中的求解结果，完成对三有源桥直流变换器电路的实时控制；具体包括：

78、将获取的移相比d12、d13和内移相比d2作为pwm调制?？榈氖淙?，通过pwm调制?？榈拇?，进而实现对tab电路的控制；

79、同时，在对tab电路进行实时控制的过程中，通过在线查询控制器中的表格，实时查询已获得的内移相比d2值，获得优化后的移相比组合；

80、针对实时情况调整内移相比d2值，减小tab电路的电感电流有效值平方和，完成对tab电路的优化控制。

81、本发明提供的这种针对三有源桥直流变换器的优化控制方法，通过获取电路运行前的相关参数，包括端口功率(p2,p3)、电压匹配比k2、内移相比d2，以及电路运行时的移相比参数(d12,d13)，并在pwm调制?？榈拇硐?，完成对tab电路和对应的电感电流有效值的优化控制；本发明方法通过优化控制降低数学模型的复杂度及计算难度，有效减小各端口的电感电流有效值平方和，提高系统效率。