前言:

去年花了很多時(shí)間在研究基于變壓器三繞組的三端口變換器，這個(gè)拓?fù)湟驗(yàn)楣灿昧艘粋€(gè)變壓器所以三個(gè)端口的輸入輸出功率高度耦合，因此很難實(shí)現(xiàn)解耦合控制，在一些要求較高的場合難以達(dá)到要求。但是這種三端口變換器的實(shí)現(xiàn)思想還是給我很多啟發(fā)，幾個(gè)月前有跟一個(gè)大佬談起系統(tǒng)級的三端口功率變換器的實(shí)現(xiàn)方法，我就一直在思考系統(tǒng)級的三端口功率變換的具體實(shí)現(xiàn)和控制方法。

P1 基于三繞組變壓器的三端口變換器

可見圖一所示，在一個(gè)磁芯上有三個(gè)緊密耦合的繞組，三個(gè)繞組分別連接到三個(gè)全橋上。三個(gè)全橋基于DAB的移相控制思想，通過調(diào)節(jié)三個(gè)全橋之間的移相角度來實(shí)現(xiàn)功率的傳遞。通俗的講，先通過確定其中一個(gè)全橋作為其它兩個(gè)全橋的移相參考角度，其它兩個(gè)以它為參考開始滯后或超前移相工作。其中滯后的H橋是為負(fù)載，此時(shí)它吸收了功率。另外一個(gè)全橋可以設(shè)置為超前移相，那么它就是作為源，也可以設(shè)置相位滯后，作為作為系統(tǒng)的負(fù)載。在任意一個(gè)狀態(tài)里面三個(gè)全橋的輸出和輸入都可以改變移相的角度來選擇作為源或載，這里就是利用了DAB變換器的閉環(huán)的功率流向易于控制的優(yōu)點(diǎn)，在這里我只是簡單的介紹了這個(gè)拓?fù)涞目刂品椒ǖ拇蟾潘悸?，更多的控制方法大家請查看具體文獻(xiàn)。畢竟今天主題不是它~

（圖一 基于變壓器三繞組耦合的三全橋三端口變換器）

P2 三端口功率變換器的思考

我們順著上文中三端口的變換器實(shí)現(xiàn)思想，把思路再開闊一些。如果一個(gè)系統(tǒng)有三個(gè)功率方向，可以滿足三個(gè)方向上輸入輸出方向切換，又可以任意選擇來做源或載。那就很有意思了。

比如在電池儲(chǔ)能這種應(yīng)用場景，有AC源，電池（直流）和系統(tǒng)中的直流負(fù)載。那就可以存在AC同時(shí)對電池和負(fù)載提供功率，當(dāng)AC異常時(shí)也可以由電池為AC和負(fù)載提供功率，甚至其它的功率流動(dòng)方向。總之這三個(gè)端口的功率都可以任意方向的流動(dòng)，因此它就可以非常靈活的應(yīng)用在一些特殊需要的場合，比如房車應(yīng)用：由AC作為電源，為車內(nèi)負(fù)載和電池充電。當(dāng)沒AC時(shí)，由電池為車內(nèi)負(fù)載和逆變器提供功率。如果您的思路更加開闊，在某些需要高可靠性的場合要求兩種不同形式的功率輸入，等等可以腦補(bǔ)一下，嗯~ o(*￣▽￣*)o。

（圖二 三端口功率變換器的拓?fù)洌?br />

實(shí)現(xiàn)方法：

通過雙向AC/DC來鏈接直流高壓母線和電網(wǎng)，再使用兩個(gè)雙向dcdc變換器來實(shí)現(xiàn)對直流母線的功率進(jìn)行雙向變換。從系統(tǒng)的角度來說，由于三個(gè)端口的變換器共用的是原邊的直流母線，而且直流母線上存在較大容量的電容器，所以是可以看成三個(gè)獨(dú)立拓?fù)?，系統(tǒng)控制是解耦狀態(tài)。所以這就給功率控制帶了極高的靈活性和自由度，兩個(gè)雙向DCDC變換器都采樣了輸入和輸出的電壓和電流，在各自的功率控制上分別都能實(shí)現(xiàn)恒壓/恒流/恒功率的控制。這樣就可以很方便的設(shè)置兩個(gè)DCDC變換器的輸入和輸出功率，不管是正向還是負(fù)向都是可控的狀態(tài)。AC/DC整流逆變器，這一級的工作狀態(tài)的切換也是可以無縫切換的，通過限制ID/IQ的值也可以達(dá)到限制輸入和輸出功率的目的，所以從這些實(shí)現(xiàn)來看，三個(gè)方向的功率變化都是雙向的，并且功率和流向可控的。

AC/DC部分：

整流逆變部分使用的是由dq和svm控制的T型三電平拓?fù)洌P(guān)于這一塊的內(nèi)容更多可見：《T型三相三電平整流器的控制實(shí)現(xiàn)和仿真》。

DC/DC部分：

這一部分使用了三相半橋DAB變換器，在原邊和副邊都是用三個(gè)半橋，其高低端驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)，通過調(diào)整原邊半橋的驅(qū)動(dòng)和副邊半橋?qū)?yīng)的驅(qū)動(dòng)的移相角度來實(shí)現(xiàn)功率的傳輸和控制，可見下圖所示：

移相控制波形：

為了簡單的說明系統(tǒng)原理，我模擬了這么一種情況：AC輸入，電池輸入，負(fù)載30kw的一種工況。其中AC和DC源各負(fù)載了部分功率，為了簡單的實(shí)現(xiàn)，這里沒有加入恒功率控制模塊，各位大佬可以自行增加即可。關(guān)于其他工況只需調(diào)整DCDC移相方向即可實(shí)現(xiàn)，各位可以自行測試。

模型全部：

（系統(tǒng)）

（負(fù)載部分）

（DC源部分）

運(yùn)行結(jié)果：

整流：

負(fù)載dcdc

源dcdc

小節(jié)：簡單的討論三端口功率變換器的實(shí)現(xiàn)方法和控制實(shí)現(xiàn)，有關(guān)于這一塊的更多細(xì)節(jié)研究將在后續(xù)慢慢展開，謝謝。