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電力電子變壓器是未來(lái)智能電網(wǎng)的核心設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)交直流電壓的相互靈活變換和功率四象限運(yùn)行，帶儲(chǔ)能時(shí)還可平抑負(fù)荷功率波動(dòng)、補(bǔ)償上游電網(wǎng)的電壓暫降等，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越廣泛的關(guān)注。其中，雙向DC-DC變換器（Bidirectional DC- DC Converters, BDC）是實(shí)現(xiàn)兩端電氣隔離以及穩(wěn)定直流母線電壓的核心模塊。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略?xún)蓚€(gè)方面已經(jīng)對(duì)BDC進(jìn)行了大量研究。為了改善BDC的軟開(kāi)關(guān)特性，LC串聯(lián)諧振、LC并聯(lián)諧振、LCC諧振以及LLC諧振[10]等諧振技術(shù)被應(yīng)用到BDC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，其中LLC諧振變換器，以其在寬電壓范圍輸入下功率密度高、電磁干擾低、環(huán)流能量小以及在全負(fù)載范圍內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)一次側(cè)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通（Zero Voltage Switching, ZVS）和二次側(cè)整流二極管的零電流關(guān)斷（Zero Current Switching, ZCS）等優(yōu)異的綜合性能而引起了廣泛的關(guān)注。

• 有學(xué)者提出了LLC諧振型BDC變換器，正向運(yùn)行時(shí)與LLC諧振變換器相同，反向運(yùn)行時(shí)僅相當(dāng)于傳統(tǒng)的全橋變換器。
• 有學(xué)者在變換器的二次側(cè)添加了諧振電容，但都由于結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)、變換器正向運(yùn)行和反向運(yùn)行的諧振頻率特性和增益特性差異較大，導(dǎo)致其參數(shù)設(shè)計(jì)和控制復(fù)雜度和難度增大。
• 有學(xué)者提出了CLLLC諧振型BDC變換器，雖然實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，但增加了諧振元件個(gè)數(shù)，也增加了諧振參數(shù)和控制難度。
• 有學(xué)者提出了L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器（L-LLC Bidirectional DC-DC Converters, L-LLC-BDC），該變換器在正向和反向運(yùn)行中的電路結(jié)構(gòu)完全相同，但由于其同步控制策略使其電壓增益范圍較窄，且系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性較差。
• 有學(xué)者將VF-PS混合控制策略應(yīng)用于L-LLC-BDC，雖然該方法使得系統(tǒng)的運(yùn)行效率較高，但對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能改善不大。
• 有學(xué)者采用了軌跡控制策略提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，但它僅使用在LLC諧振變換器中。

為改善L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器的動(dòng)態(tài)性能，西安理工大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員提出基于比例-積分-諧振（Proportion-
Integration-Differentiation, PID）控制和最優(yōu)軌跡的復(fù)合最優(yōu)軌跡控制策略。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物

在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)采用PID控制減小穩(wěn)態(tài)誤差保持輸出電壓恒定；當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載跳變時(shí)，采用最優(yōu)軌跡控制改變開(kāi)關(guān)管的頻率，使其在最短時(shí)間內(nèi)重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)。該控制策略實(shí)現(xiàn)了輸入側(cè)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通和輸出側(cè)整流管的零電流關(guān)斷，精確預(yù)測(cè)了負(fù)載突變時(shí)的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，顯著提高了變換器的動(dòng)態(tài)性能且減小了運(yùn)算的復(fù)雜度。

研究人員得到以下結(jié)論：

• 1）L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器在不同運(yùn)行模態(tài)下的軌跡方程是正確的。
• 2）負(fù)載突變時(shí)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間調(diào)整量的預(yù)測(cè)結(jié)果是準(zhǔn)確的，預(yù)測(cè)方法是正確的。
• 3）L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器采用復(fù)合最優(yōu)軌跡控制策略，明顯改善了變換器對(duì)負(fù)載突變的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

以上研究成果發(fā)表在2020年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊1，論文標(biāo)題為“L-LLC諧振型雙向DC-DC變換器的復(fù)合最優(yōu)軌跡控制策略研究”，作者為魯靜、同向前、張嘉翔、申明、尹軍。