郑州大学研究团队_提出一种单级双有源桥型DC-AC变换器双模变频移相调制方法

基于双有源桥(Dual-Active-Bridge，DAB)的单级式DC-AC变换器继承了DAB变换器结构简单、可以双向功率传输的优点，同时省去了大体积电解电容，具有长寿命、高可靠性和高功率密度的潜力。

针对单级双有源桥（DAB）型DC-AC变换器关断电流较大和软开关范围有限的问题，郑州大学河南省电力电子与电力系统工程技术研究中心科研团队提出了一种双模变频移相调制策略，在实现变换器单级功率变换的同时，保证全范围软开关并降低了低压侧的关断电流，最后，通过仿真和实验验证了所提调制策略的有效性与可行性。

研究背景

DC-AC变换器被广泛应用于分布式发电、交直流微电网等领域。在并网应用中，隔离型DC-AC变换器拓扑结构具有安全性高和抗干扰能力强的优点，隔离型DC-AC变换器可分为两级式拓扑和单级式拓扑。单级式DC-AC变换器具有长寿命、高可靠性和高功率密度的潜力。本文所关注的变换器拓扑如图1所示。

论文所解决的问题及意义

在单级式DC-AC变换器中，关断电流是实现软开关的关键，但低压侧往往承受更大的关断电流，特别是在较高变比的情况下，电流倍增现象更加严重。使用单一模式的临界电流调制来降低低压侧关断电流时，变换器在轻载条件下开关频率急剧增加，同时其中一个移相比在电压过零点附近逐渐大于临界值，这将导致变换器的传输功率突变，从而引起交流电流畸变。为此，本文提出一种基于单移相控制和扩展移相控制的变频双模式切换调制策略，减小变换器的低压侧关断电流，同时实现全负载范围软开关。

论文方法及创新点

对DAB变换器的单移相（SPS）调制和扩展移相（EPS）调制进行时域分析，得到其功率传输特性；然后，分析变换器的关断电流与软开关条件，得到移相比和开关频率约束方程；在此基础上，分析双模式间的移相比边界条件，为了保证变换器全范围软开关的同时，实现低压侧的关断电流小于高压侧，本文提出一种双模式切换调制策略。所提调制策略的移相比变化曲线如图2所示，其中在D2≤1时间段内采用的变扩展移相调制策略，在D2＞1时刻切换为变频单移相调制策略。

这种调制策略不仅降低了绝大部分时间段的关断电流，同时避免了轻载条件下开关频率的陡增。仿真如图3所示，可以看出，双模式切换调制策略在大部分时间段降低了开关器件的关断电流。

最后，研究人员搭建了单级式DC-AC变换器样机，实验平台如图4所示。

本文针对单级式双有源桥型DC-AC变换器，为在降低关断电流的同时实现全范围软开关，提出了一种变频移相双模式切换调制策略。分析了变换器关断电流和软开关约束条件，确定了单移相和扩展移相两种工作模式的切换边界。在此基础上分别讨论了两种模式下传输功率的连续性，通过合理切换工作模式，降低了交流电流畸变。最后，通过仿真和实验验证了该调制策略的可行性。

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