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大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電，是促進(jìn)我國(guó)可再生能源開(kāi)發(fā)利用、推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要舉措。“PV陣列+蓄電池+母線負(fù)載”構(gòu)成的三端口隔離式DC-DC變換器（Triple Active Bridge, TAB），每?jī)蓚€(gè)端口間均可實(shí)現(xiàn)功率的傳輸與變換，相較于雙有源橋直流變換器（Dual Active Bridge, DAB）而言，控制靈活性更高、供電可靠性更好。

其中，高頻變壓器的應(yīng)用不僅可以實(shí)現(xiàn)端口間的完全隔離與電壓匹配，還可以極大地減小裝置體積與重量，提升裝置的整體變換效率。因此，TAB作為分布式光伏接入直流配電系統(tǒng)的一種積極探索與嘗試，已成為新能源發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵研究熱點(diǎn)之一。

目前有關(guān)TAB的研究工作基本還停留在初步的理論研究與探討階段，大量的理論與共性關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有待解決。和傳統(tǒng)DAB類似，TAB也是通過(guò)改變端口間方波電壓的移相角來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率的大小及方向。在暫態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中，移相角的動(dòng)態(tài)變化會(huì)打破電感的伏秒平衡，進(jìn)而在變換器端口電感及變壓器鐵心上產(chǎn)生直流偏置電流。

電感的直流偏置電流會(huì)在開(kāi)關(guān)器件中引入過(guò)大的峰值電流，增大開(kāi)關(guān)損耗，嚴(yán)重時(shí)造成開(kāi)關(guān)器件的損壞。變壓器鐵心的直流偏置電流會(huì)導(dǎo)致鐵心工作時(shí)的磁化曲線不再關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱，當(dāng)偏磁嚴(yán)重時(shí)，鐵心將進(jìn)入單向深度飽和，磁化電流劇增，鐵心損耗與溫升增加，變換器效率降低。因此，探索TAB直流偏置的抑制方法對(duì)變換器及其關(guān)鍵部件的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

現(xiàn)有關(guān)于TAB/DAB直流偏置抑制方法的研究大多基于模態(tài)分析法，未能清晰地對(duì)其偏置機(jī)理進(jìn)行剖析，或需增加額外的硬件設(shè)施，且無(wú)法同時(shí)解決串聯(lián)電感及變壓器勵(lì)磁電感的直流偏置問(wèn)題。

為避免直流偏置電流對(duì)TAB動(dòng)態(tài)特性及整體變換效率的影響，確保功率器件及高頻變壓器的可靠運(yùn)行，國(guó)家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心（湖南大學(xué)）的研究人員提出了TAB暫態(tài)直流偏置的抑制策略，可在單位開(kāi)關(guān)周期內(nèi)同時(shí)抑制各端口高頻鏈電流及變壓器勵(lì)磁電流的直流偏置分量，且無(wú)需增加額外的硬件設(shè)施。

首先，介紹了TAB的等效電路模型及移相控制下的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性；然后，量化分析了TAB暫態(tài)直流偏置分量，并給出了移相角變化時(shí)直流偏置量的計(jì)算公式；最后，基于疊加定理深入剖析了直流偏置的形成機(jī)理，推導(dǎo)了暫態(tài)直流偏置抑制方法的數(shù)學(xué)模型，提出了兩種典型的驅(qū)動(dòng)信號(hào)組合方法。

圖1 RT-LAB硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)

基于Matlab/Simulink的仿真分析及RT-LAB的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的正確性和有效性，可以得到以下結(jié)論：

1）在移相角恒定不變的穩(wěn)態(tài)過(guò)程中，各端口串聯(lián)電感及變壓器漏感在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)滿足伏秒平衡關(guān)系，不存在直流偏置現(xiàn)象。但是隨著移相角增大（減?。瑐鬏敼β试黾樱p?。姼械姆肫胶怅P(guān)系被破壞，進(jìn)而產(chǎn)生直流偏置現(xiàn)象，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管電流應(yīng)力增大，高頻變壓器單向飽和，影響變換器的安全運(yùn)行。

2）基于直流偏置形成機(jī)理的理論分析，改變各端口方波電壓的占空比或加入與移相角相關(guān)的零電壓階段，可在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)抑制各端口高頻鏈電流的偏置現(xiàn)象。通過(guò)推導(dǎo)過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，該方法可以衍生出多種驅(qū)動(dòng)信號(hào)的組合方式，且均獨(dú)立于變換器的電路參數(shù)，無(wú)需增加額外的硬件設(shè)施，操作簡(jiǎn)單，具有較好的推廣性和可移植性。

3）該方法不僅在移相角單步連續(xù)階躍跳變時(shí)具有顯著的效果，在輸出電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中，移相角連續(xù)微小變化時(shí)同樣具有明顯的偏置抑制效果。當(dāng)輸出功率突變時(shí)，移相角發(fā)生暫態(tài)大幅突變，最終達(dá)到新穩(wěn)態(tài)，在整個(gè)暫態(tài)及穩(wěn)態(tài)過(guò)程中，各端口串聯(lián)電感及變壓器勵(lì)磁電感均能保持伏秒平衡，無(wú)偏置分量。

以上研究成果發(fā)表在2020年第9期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“三端口隔離DC-DC變換器的暫態(tài)直流偏置機(jī)理及抑制策略”，作者為余雪萍、涂春鳴、肖凡、劉貝。