基于模糊控制的交錯(cuò)并聯(lián)雙向DC/DC變換器研究

杜宇庭， 王君艷

(上海交通大學(xué) 電氣工程系，上海 200240)

0 引 言

本文研究對(duì)象為應(yīng)用在儲(chǔ)能系統(tǒng)中的兩相交錯(cuò)并聯(lián)雙向半橋DC/DC變換器，其連接儲(chǔ)能元件(如蓄電池)和直流母線，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)能減小輸出電壓紋波、電源電流紋波，同時(shí)減小開關(guān)器件電流應(yīng)力，提高開關(guān)頻率，減少元器件的體積和質(zhì)量[1]。

控制策略采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制，若均采用PI調(diào)節(jié)，由于實(shí)際系統(tǒng)的參數(shù)不確定性，難以理論計(jì)算出精確的PI參數(shù)，無法保證其控制效果[2]。針對(duì)這個(gè)問題，提出了基于模糊控制理論的模糊PI控制器，將其應(yīng)用于電壓外環(huán)能提高輸出電壓的響應(yīng)速度、減小超調(diào)。若得其應(yīng)用于電流內(nèi)環(huán)，可以針對(duì)兩相參數(shù)的差異性，提高兩相電感電流的控制精度和動(dòng)態(tài)波形的品質(zhì)，達(dá)到更好的均流效果。

1 交錯(cuò)并聯(lián)DC/DC變換器

圖1 主電路拓?fù)?/p>

變換器主電路拓?fù)淙鐖D1所示，C1為儲(chǔ)能元件側(cè)濾波電容，C2為直流母線濾波電容，V1為儲(chǔ)能元件端電壓，V2為直流母線端電壓，L1、L2為兩相儲(chǔ)能電感，S1-S4為IGBT，D1-D4為反向并聯(lián)的續(xù)流二極管。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的傳輸功率額定值為3 kW，儲(chǔ)能元件電壓300 V，直流母線電壓600 V，開關(guān)頻率設(shè)為20 kHz,開關(guān)周期為Ts=5×10-5s。以此為基礎(chǔ)，考慮紋波比例，儲(chǔ)能電感值設(shè)計(jì)為7.5 mH，母線濾波電容值設(shè)計(jì)為50 μF，此處不詳細(xì)介紹計(jì)算方法。

此雙向DC/DC變換器可工作于Boost模式使儲(chǔ)能元件放電，或者工作于Buck模式為儲(chǔ)能元件充電。現(xiàn)以Boost模式為例進(jìn)行分析，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，S2、S4按驅(qū)動(dòng)信號(hào)占空比d導(dǎo)通，且驅(qū)動(dòng)脈沖相差180°交錯(cuò)導(dǎo)通，開關(guān)管S1、S3保持關(guān)斷，二極管D1、D3起續(xù)流作用。……