本發(fā)明涉及雙有源橋式變換器調(diào)制，特別是涉及一種基于雙有源橋變換器的非對稱調(diào)制策略下的集成多目標優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、對于分布式儲能系統(tǒng)，直流接口電路的高效運行將實現(xiàn)電池或超級電容組件的高能效充放電過程。由于電路結構簡單，功率密度高，雙向輸電能力強，寬范圍電壓調(diào)節(jié)能力強，控制方案簡單，因此常采用雙有源橋式直流變換器作為儲能系統(tǒng)的接口電路。同時，由于高頻變壓器的存在，可以實現(xiàn)變流器兩側的電流隔離。

2、在雙有源橋式直流變換器的調(diào)制策略中，通常采用移相調(diào)制對雙有源橋式直流變換器進行功率調(diào)控操作以及能效優(yōu)化，包括單相移調(diào)制、擴展移相調(diào)制、二重移相調(diào)制和三相移相調(diào)制。在調(diào)制過程中一般可選擇峰值電流、有效值電流、回流功率和軟開關范圍作為優(yōu)化目標進而提升雙有源橋式直流變換器的工作效率。然而，針對傳統(tǒng)移相調(diào)制策略，通常情況下，在優(yōu)化電感電流峰值或者電感電流有效值的過程中，會嚴重影響雙有源橋式直流變換器的軟開關范圍，增大其開關損耗，進而極大地影響雙有源橋式變換器的工作效率。

技術實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種基于雙有源橋變換器的非對稱調(diào)制策略下的集成多目標優(yōu)化方法及系統(tǒng)，以效降低雙有源橋式變換器中開關管的開關損耗，提高雙有源橋式變換器的工作效率。

2、技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的一種基于雙有源橋變換器的非對稱調(diào)制策略下的集成多目標優(yōu)化方法，包括以下步驟：

3、步驟1：獲取雙有源橋變換器的輸入電壓、輸出電壓和輸出電壓參考值；

4、步驟2：根據(jù)輸入電壓和輸出電壓獲取電壓匹配比值，根據(jù)輸出電壓與輸出電壓參考值獲取雙有源橋變換器的原邊全橋和副邊全橋之間的外移相角度比；

5、步驟3：基于雙有源橋變換器的最大傳輸功率和當前需要傳輸?shù)墓β?，獲取當前需要傳輸?shù)墓β蕵绥壑?，根?jù)當前需要傳輸?shù)墓β蕵绥壑岛碗妷浩ヅ浔戎敌枨蟠_定雙有源橋變換器在非對稱調(diào)制策略下的工作模式；

6、步驟4：以實現(xiàn)功率開關管軟開通為目標，分析雙有源橋變換器在不同工作模式下的功率開關管特性，以計算每個開關時刻實現(xiàn)開關管軟開通所需的最小邊界電流值，從而獲得實現(xiàn)開關管軟開通的工作邊界條件；

7、步驟5：將電流有效值和電流峰峰值作為優(yōu)化目標構建優(yōu)化的目標函數(shù)，基于工作模式和開關管軟開通工作邊界構建約束條件，通過多目標粒子群優(yōu)化算法求解目標函數(shù)得到最優(yōu)的調(diào)制參數(shù)組合；

8、步驟6：通過優(yōu)化各功率等級和電壓增益情況的工作點，構建能夠遍歷所有不同工作情況的離線遍歷查找表，包含了在不同功率等級和電壓增益情況下，最優(yōu)調(diào)制參數(shù)組合及其對應的性能數(shù)據(jù)；根據(jù)步驟2所得到的電壓匹配比值和外移相角度比，通過離線查找表獲取原邊全橋的占空比以及原邊全橋的內(nèi)移相角度比；

9、步驟7：根據(jù)步驟6中所得到的原邊全橋的占空比以及原邊全橋的內(nèi)移相角度比，在數(shù)字信號發(fā)生器中生成雙有源橋式變換器所有開關管的觸發(fā)信號。

10、其中，步驟2所述電壓匹配比計算公式為：

11、

12、其中，k為電壓匹配比；v1為輸入電壓，v2為輸出電壓，n為高頻變壓器變比。

13、其中，步驟2所述獲取雙有源橋變換器的原邊全橋和副邊全橋的外移相角度比的方法為：根據(jù)輸出電壓與輸出電壓參考值的差值，通過比例積分控制器獲取原邊全橋功率開關管驅動信號和副邊邊全橋功率開關管驅動信號之間的外移相角度比。

14、其中，步驟3所述雙有源橋變換器的最大傳輸功率為：

15、

16、式中，l為電感感值，fs是開關頻率；

17、所述當前需要傳輸?shù)墓β蕵绥壑禐楫斍皩嶋H需要傳輸?shù)墓β逝c最大傳輸功率的比值，取值范圍為0～1；

18、所述雙有源橋變換器在非對稱調(diào)制策略下的工作模式包括：

19、工作模式1：應用于反向功率傳輸場景；

20、工作模式2：功率傳輸范圍為0～0.33；

21、工作模式4：功率傳輸范圍為0～0.1；

22、工作模式5：功率傳輸范圍為0～0.5；

23、工作模式3和工作模式6：功率傳輸范圍為0～1。

24、其中，步驟4所述以實現(xiàn)功率開關管軟開通為目標，分析雙有源橋變換器在不同工作模式下的功率開關管特性，計算每個開關時刻實現(xiàn)軟開通所需的最小邊界電流值，從而獲得實現(xiàn)軟開通所需的最小死區(qū)時間邊界條件，具體實現(xiàn)過程包括：根據(jù)雙有源橋變換器的工作模式，分析在不同模式下功率開關管的特性，以確保在各種工作條件下都能實現(xiàn)軟開通，從而確定在不同工作模式下實現(xiàn)功率開關管軟開通的基本條件；根據(jù)能量守恒定律，計算實現(xiàn)開關管軟開通所需的最小邊界電流值，確保開關管在關斷狀態(tài)下，其兩端電壓降至接近零，從而實現(xiàn)軟開通；分析電感和功率開關管兩側結電容的諧振過程，包括結電容的放電和電感的充電，推導出諧振時間的數(shù)學表達式，該表達式反映了開關管結電容放電至接近零電壓所需的時間；根據(jù)諧振時間的表達式，計算出實現(xiàn)軟開通所需的最小死區(qū)時間邊界值。

25、其中，步驟5所述的電流有效值和電流峰峰值是根據(jù)電壓匹配比、傳輸功率需求和不同的調(diào)制自由度獲取；通過多目標粒子群算法對目標函數(shù)進行電流應力優(yōu)化迭代，獲得電流應力優(yōu)化的優(yōu)化解集；通過電流應力優(yōu)化的優(yōu)化解集，求解得到最優(yōu)的調(diào)制參數(shù)組合，即得到最優(yōu)的外移相角度比、原邊全橋的最優(yōu)占空比以及原邊全橋的最優(yōu)內(nèi)移相角度比，通過優(yōu)化許多不同功率等級和電壓增益情況的工作點，得到可以遍歷所有不同工作情況的離線遍歷查找表；

26、其中，所述電流有效值公式和電流峰峰值計算公式如下：

27、

28、其中，k為電壓匹配比，d1為原邊全橋開關管s1驅動信號與開關管s4驅動信號之間的內(nèi)移相角度比；d2為雙有源橋變換器的原邊全橋開關管s1和副邊全橋開關管q1之間的外移相角度比；d3為原邊全橋中原邊全橋開關管s1驅動信號的占空比。

29、其中，所述多目標粒子群優(yōu)化算法求解目標函數(shù)的過程為：

30、

31、其中，f(x)為優(yōu)化目標，x為影響影響求解目標的相關變量，ax≤b為待優(yōu)化目標的非等式約束，aeqx＝beq為待優(yōu)化目標的等式約束。

32、其中，所述不等式約束包括實現(xiàn)開關管軟開通的最小電流值和不同工作模式下開關管軟開通邊界條件；其中，

33、實現(xiàn)開關管軟開通的最小電流值為：

34、

35、不同工作模式下開關管軟開通邊界條件如下：

36、

37、其中，t1為需要實現(xiàn)軟開關的功率開關管開通的時刻；coss為功率開關管兩側的結電容值；k為雙有源橋變換器的電壓匹配比的值，l是連接電感值；d1為原邊全橋開關管s1驅動信號與開關管s4驅動信號之間的內(nèi)移相角度比；d2為雙有源橋變換器的原邊全橋開關管s1和副邊全橋開關管q1之間的外移相角度比；d3為原邊全橋中原邊全橋開關管s1驅動信號的占空比。

38、其中，所述等式約束條件公式如下：

39、p＝pref

40、其中，p為傳輸功率的標幺值；p*為傳輸功率的標幺參考值。

41、本發(fā)明所述的一種基于雙有源橋變換器的非對稱調(diào)制策略下的集成多目標優(yōu)化系統(tǒng)，包括以下模塊：

42、數(shù)據(jù)采樣模塊：獲取雙有源橋變換器的輸入電壓、輸出電壓和輸出電壓參考值；

43、數(shù)據(jù)分析模塊：根據(jù)輸入電壓和輸出電壓獲取電壓匹配比值，根據(jù)輸出電壓與輸出電壓參考值獲取雙有源橋變換器的原邊全橋和副邊全橋之間的外移相角度比；

44、工作模式確定模塊：基于雙有源橋變換器的最大傳輸功率和當前需要傳輸?shù)墓β剩@取當前需要傳輸?shù)墓β蕵绥壑?，根?jù)當前需要傳輸?shù)墓β蕵绥壑岛碗妷浩ヅ浔戎敌枨蟠_定雙有源橋變換器在非對稱調(diào)制策略下的工作模式；

45、工作邊界條件確定模塊：以實現(xiàn)功率開關管軟開通為目標，分析雙有源橋變換器在不同工作模式下的功率開關管特性，以計算每個開關時刻實現(xiàn)開關管軟開通所需的最小邊界電流值，從而獲得實現(xiàn)開關管軟開通的工作邊界條件；

46、最優(yōu)調(diào)制參數(shù)組合求解模塊：將電流有效值和電流峰峰值作為優(yōu)化目標構建優(yōu)化的目標函數(shù)，基于工作模式和開關管軟開通工作邊界構建約束條件，通過多目標粒子群優(yōu)化算法求解目標函數(shù)得到最優(yōu)的調(diào)制參數(shù)組合；

47、離線查找表構建模塊：通過優(yōu)化各功率等級和電壓增益情況的工作點，構建能夠遍歷所有不同工作情況的離線遍歷查找表，包含了在不同功率等級和電壓增益情況下，最優(yōu)調(diào)制參數(shù)組合及其對應的性能數(shù)據(jù)；根據(jù)步驟2所得到的電壓匹配比值和外移相角度比，通過離線查找表獲取原邊全橋的占空比以及原邊全橋的內(nèi)移相角度比；

48、驅動信號獲取模塊：根據(jù)離線查找表構建模塊中所得到的原邊全橋的占空比以及原邊全橋的內(nèi)移相角度比，在數(shù)字信號發(fā)生器中生成雙有源橋式變換器所有開關管的觸發(fā)信號

49、有益效果：本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、本發(fā)明可以擴大軟開關范圍，進而有效降低雙有源橋式變換器中開關管的開關損耗，提高雙有源橋式變換器的效率；

50、2、本發(fā)明能夠根據(jù)不同的功率需求和電壓匹配比值，動態(tài)調(diào)整雙有源橋變換器的移相角度比、占空比和內(nèi)移相角度比等參數(shù)，實現(xiàn)了非對稱調(diào)制策略，提高了雙有源橋變換器變換器的靈活性和適應性；參數(shù)的優(yōu)化確保了在不同的功率等級和電壓增益情況下，雙有源橋變換器能夠以最低的開關損耗和最高的效率運行；

51、3、本發(fā)明構建了一個離線遍歷查找表，這使得雙有源橋式變換器能夠在實際運行中快速找到對應于當前工作條件的最優(yōu)調(diào)制參數(shù)，而不需要實時進行復雜的優(yōu)化計算。