一种基于半桥复用的可容错双有源桥变换器及控制方法,属于变换器技术领域。本技术针对现有双有源桥变换器对开关管故障容错能力差的问题。包括:复用半桥通过直流电感L<subgt;m</subgt;与超前桥连接,电容C<subgt;11</subgt;和电容C<subgt;12</subgt;串联后与超前桥并联,中间抽头变压器的原边两端分别连接直流电感L<subgt;1</subgt;和直流电感L<subgt;2</subgt;后与超前桥连接,中间抽头变压器的原边中间抽头连接在电容C<subgt;11</subgt;和电容C<subgt;12</subgt;之间;中间抽头变压器的副边与滞后桥连接,电容C<subgt;21</subgt;和电容C<subgt;22</subgt;串联后与滞后桥并联,中间抽头变压器的副边中间抽头连接在电容C<subgt;21</subgt;和电容C<subgt;22</subgt;之间。本发明能实现在宽范围电压输入及部分器件故障的情况下仍具有稳定的输出。
背景技术
随着新型电力系统日益普及,在高纬度寒冷地区,持续不断的冷暖循环可能加速组件的老化过程,造成器件故障问题。另外,面对冬夏日照严重不均衡这一地理特性,电力生产周期性的急剧波动对电网的调频特性和系统的稳定性也会产生负面影响。采用双向DC-DC变换器作为连接光伏直流母线与储能系统的关键部件,可起到维持电网电压稳定和改善直流电网电能质量的作用。
双有源桥变换器DAB由于能够实现电流隔离、软开关,以及具备输出为宽范围电压等优势,被广泛应用于各种领域。为了提升其系统的可靠性,许多专家学者对系统故障及DAB的容错性进行了深入探讨。在实际应用中,当MOSFET的漏源电压变化过快时,其等效并联的NPN结会被强制导通,这种情况会导致MOSFET短路。此外,MOSFET的驱动电压丢失、信号线的断开或连接端口接触不良等问题,也会导致MOSFET发生开路故障,从而影响系统的稳定性和可靠性。
目前对于含有DAB变换器的中低压直流配电系统,通常采用在系统中增加故障电流阻断模块和补偿电容支路,以及在开关管支路中添加限流电感Lc
和限流电阻Rc
,来减缓故障发生后开关管闭锁前的电容放电速度和降低电流峰值。在故障持续期间,系统依靠电容剩余电量为负载提供短期供电,减轻低压侧电压的下跌影响,并最大限度地降低中压侧极间短路故障对负载的影响。由于开关短路故障通常会导致开关损坏,使得变换器无法正常运作,因此现有对DAB变换器短路故障的研究大多聚焦于输出短路故障的故障穿越。有研究针对DAB变换器在输出短路故障下的暂态过程推导了内部电流、输出电压和输出电流的暂态表达式。该研究提出了一种在输出端串联电感的方法,来减少过流现象,从而实现短路故障穿越。这种方法能够确保故障清除后电路重新运行,并提供了输出端串联电感的适当取值范围。为了解决开路故障OCSF问题,部分文献提出了采用冗余技术来实现故障容错。也有方案在变换器中增加了一个额外的冗余开关,以确保在发生开路故障时,系统能够迅速恢复到正常工作状态。还可以通过电感电流波形及原副边全桥输出电压波形变化来识别故障开关,这种方法能够在故障影响刚发生时便检测出故障开关的位置,检测与故障的延迟较短,能够迅速检测到OCSF并立即启用容错模式。基于线路近场磁场信息的故障开关定位方法,通过对包含磁场信息的波形进行傅里叶变换,观察特定频率的特征来判断故障开关的位置。然而,该方法的精度受到环形磁场探头位置的影响,且傅里叶分析需要一个周期的时间,因此检测与故障的延迟至少为一个周期,系统无法在故障发生后立即切换到容错模式。
实现思路