DAB变换器的控制方法、装置、开关电源和存储介质与流程

dab变换器的控制方法、装置、开关电源和存储介质
技术领域
1.本发明属于开关电源技术领域，具体涉及一种dab变换器的控制方法、装置、开关电源和存储介质，尤其涉及一种混合三电平dab变换器的虚拟电流功率控制方法、装置、开关电源和存储介质。


背景技术：

2.随着全球能源危机与环境污染的加剧，新能源的趋势日益增长，双向直流变换技术愈发受到重视，双向直流变换器广泛应用于分布式发电系统、直流配电网和电动汽车等领域。其中，双有源桥变换器(dual active bridge converter，dab)可以电压等级变换和电气绝缘，功率的双向流动，功率密度和效率都很高，输入输出端之间有电气隔离、容易实现软开关，得到了众多科研工作者的关注和研究。
3.回流功率的存在会使变换器在传输相同功率时需要更大的输入电压或输入电流，这大大增加了变换器的损耗，从而降低了电池化成系统的效率。减小回流功率是dab控制方面的重要研究内容，学者们先后提出了单移相控制(single phase-shift，sps)、拓展移相控制(extended phase shift，eps)、双重移相控制(dual phase shift，dps)、三重移相控制(triple phase shift，tps)等多种控制方法。
4.针对不同的控制策略，dab变换器表现出不同的功率转换性能。当dab变换器电压不匹配时，电流应力和回流功率均会大幅增加。当电流应力较大时，线路中电流峰值和有效值均会增加，使得线路损耗会不断增加，降低dab变换器的效率；当回流功率增加时，电源侧和负载侧的功率会不断往返传输，会使得功率在往返传输的过程中有一部分损耗在回路电阻上，同样会降低dab变换器的效率。dab变换器工作在不匹配状态，该不匹配状态是指变压器的一次侧和二次侧桥臂电压不匹配，会造成开关管软开关行为的丢失，增加了开关器件的开通损耗与关断损耗，无法提高dab变换器效率和维持输出电压稳定、增加传输功率损耗。
5.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，提供一种dab变换器的控制方法、装置、开关电源和存储介质，以解决dab变换器在工况多变的环境下，当dab变换器电压不匹配时，dab变换器的动态性能较差，影响了dab变换器的效率的问题，达到通过在回流功率优化的基础上，进行虚拟电流功率控制，以提高dab变换器的动态响应性能，提高dab变换器的效率的效果。
7.本发明提供一种dab变换器的控制方法，包括：获取所述dab变换器的输入电压，并获取所述dab变换器的输出电压；根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值；根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实
际传输功率的标幺值，采用回流功率控制方式，得到所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量；根据所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量，确定所述dab变换器中变压器的原边桥电路中开关管的驱动信号，记为所述dab变换器的变压器原边驱动信号；并确定所述dab变换器中变压器的副边桥电路中开关管的驱动信号，记为所述dab变换器的变压器副边驱动信号；根据所述dab变换器的变压器原边驱动信号，控制所述dab变换器中变压器的原边桥电路中开关管的工作；并根据所述dab变换器的变压器副边驱动信号，控制所述dab变换器中变压器的副边桥电路中开关管的工作。
8.在一些实施方式中，根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，包括：根据所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，确定所述dab变换器的实际传输功率；根据所述dab变换器的输入电压、所述dab变换器的输出电压、以及所述dab变换器的实际传输功率，采用传输功率估算方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值。
9.在一些实施方式中，根据所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，确定所述dab变换器的实际传输功率，包括：将所述dab变换器的输出电压与预设的参考电压进行比较，得到比较结果；对所述比较结果进行pi控制，得到虚拟输出电流；将所述虚拟输出电流与设定的参考电压的乘积，确定为所述dab变换器的输出功率；将所述dab变换器的输出功率与所述dab变换器的传输效率的比值，确定为所述dab变换器的实际传输功率。
10.在一些实施方式中，根据所述dab变换器的输入电压、所述dab变换器的输出电压、以及所述dab变换器的实际传输功率，采用传输功率估算方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，包括：根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，确定所述dab变换器的基准功率；并根据所述dab变换器的输出电压，确定所述dab变换器的输出电压的误差；将所述dab变换器的实际传输功率与所述dab变换器的基准功率的比值，确定为所述dab变换器的实际传输功率的标幺值；根据所述dab变换器的输出电压的误差，确定所述dab变换器的电压传输比。
11.在一些实施方式中，根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，采用回流功率控制方式，得到所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量，包括：在所述dab变换器的给定功率条件下，根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，采用kkt算法，对所述dab变换器的回流功率进行优化，得到所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量。
12.与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种dab变换器的控制装置，包括：获取单元，被配置为获取所述dab变换器的输入电压，并获取所述dab变换器的输出电压；控制单元，被配置为根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值；所述控制单元，还被配置为根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，采用回流功率控制方式，得到所述dab变换器的外移相角、以
及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量；所述控制单元，还被配置为根据所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量，确定所述dab变换器中变压器的原边桥电路中开关管的驱动信号，记为所述dab变换器的变压器原边驱动信号；并确定所述dab变换器中变压器的副边桥电路中开关管的驱动信号，记为所述dab变换器的变压器副边驱动信号；所述控制单元，还被配置为根据所述dab变换器的变压器原边驱动信号，控制所述dab变换器中变压器的原边桥电路中开关管的工作；并根据所述dab变换器的变压器副边驱动信号，控制所述dab变换器中变压器的副边桥电路中开关管的工作。
13.在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，包括：根据所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，确定所述dab变换器的实际传输功率；根据所述dab变换器的输入电压、所述dab变换器的输出电压、以及所述dab变换器的实际传输功率，采用传输功率估算方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值。
14.在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，确定所述dab变换器的实际传输功率，包括：将所述dab变换器的输出电压与预设的参考电压进行比较，得到比较结果；对所述比较结果进行pi控制，得到虚拟输出电流；将所述虚拟输出电流与设定的参考电压的乘积，确定为所述dab变换器的输出功率；将所述dab变换器的输出功率与所述dab变换器的传输效率的比值，确定为所述dab变换器的实际传输功率。
15.在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述dab变换器的输入电压、所述dab变换器的输出电压、以及所述dab变换器的实际传输功率，采用传输功率估算方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，包括：根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，确定所述dab变换器的基准功率；并根据所述dab变换器的输出电压，确定所述dab变换器的输出电压的误差；将所述dab变换器的实际传输功率与所述dab变换器的基准功率的比值，确定为所述dab变换器的实际传输功率的标幺值；根据所述dab变换器的输出电压的误差，确定所述dab变换器的电压传输比。
16.在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，采用回流功率控制方式，得到所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量，包括：在所述dab变换器的给定功率条件下，根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，采用kkt算法，对所述dab变换器的回流功率进行优化，得到所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量。
17.与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种开关电源，包括：以上所述的dab变换器的控制装置。
18.与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的dab变换器的控制方法。
19.由此，本发明的方案，通过检测dab变换器的输入电压和输出电压，根据dab变换器的输出电压和参考电压得到虚拟输出电流，根据虚拟输出电流与参考电压得到输出功率，
根据输出功率得到dab变换器的效率；进而，根据dab变换器的输入电压、输出电压和效率，得到dab变换器运行时的电压传输比和传输功率；将dab变换器运行时的电压传输比和传输功率带入回流功率优化算法，得到dab变换器的外移相角和内相移角或脉宽控制量，根据dab变换器的外移相角和内相移角或脉宽控制量，得到dab变换器中变压器两侧桥中开关管的驱动信号，从而，通过在回流功率优化的基础上，进行虚拟电流功率控制，以提高dab变换器的动态响应性能，提高dab变换器的效率。
20.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
21.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
22.图1为本发明的一种混合三电平双有源桥变换器(即混合三电平dab变换器)主电路的一实施例的结构示意图；
23.图2为相关方案中优化功率控制方法的一实施例的控制流程示意图；
24.图3为相关方案中虚拟变量优化功率控制方法的一实施例的控制流程示意图；
25.图4为本发明的dab变换器的控制方法的一实施例的流程示意图；
26.图5为本发明的方法中根据dab变换器的输入电压和输出电压确定dab变换器的电压传输比和实际传输功率的标幺值的一实施例的流程示意图；
27.图6为本发明的方法中根据dab变换器的输出电压确定dab变换器的实际传输功率的一实施例的流程示意图；
28.图7为本发明的方法中采用传输功率估算方式确定dab变换器的电压传输比和实际传输功率的标幺值的一实施例的流程示意图；
29.图8为本发明的dab变换器的控制装置的一实施例的结构示意图；
30.图9为虚拟电流优化功率控制方法的一实施例的控制流程示意图；
31.图10为输入电压波动时dab变换器的动态响应曲线示意图，其中，(a)为相关方案中功率控制的输入电压波动时dab变换器的动态响应曲线示意图，(b)为本发明的虚拟电流功率控制的输入电压波动时dab变换器的动态响应曲线示意图；
32.图11为负载电阻波动时dab变换器的动态响应特性曲线示意图；其中，(a)为相关方案中功率控制的负载电阻波动时dab变换器的动态响应特性曲线示意图，(b)为本发明的虚拟电流功率控制的负载电阻波动时dab变换器的动态响应特性曲线示意图。
33.结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
34.102-获取单元；104-控制单元。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.图1为一种混合三电平双有源桥变换器(即混合三电平dab变换器)主电路的一实
施例的结构示意图。在图1所示的混合三电平dab变换器的主电路中，v1和v2表示dab变换器输入电压、输出电压；c1、c2和c3分别表示dab变换器两侧的均压电容和支撑电容；d
11
、d
12
、d
21
、d
22
表示三电平全桥侧桥臂的中点钳位二极管；s1～s8表示三电平逆变侧的开关管，d1～d8表示三电平逆变侧的开关管两端的寄生二极管；q1～q4表示两电平整流侧的开关管，m1～m4表示两电平整流侧的开关管两端的寄生二极管；变压器的变比为n:1，v
h1
、v
h2
分
[0037][0038]
为了使dab变换器在工况多变的环境下能可靠工作，提升dab变换器的动态性能显得尤为重要，相关方案中采用的优化控制策略的执行方法通常有两种：相关方案中优化功率控制方法和虚拟优化功率控制方法。
[0039]
图2为相关方案中优化功率控制方法的一实施例的控制流程示意图。如图2所示，外相移角d2的计算式加上一个输出电压的pi控制器，通过输出电压的pi控制器来保持输出电压稳定，来增强dab变换器所在系统的鲁棒性，而内相移角或脉宽控制量d1通过优化算法计算获得，进而控制开关管驱动脉冲，从而实现对变换器的闭环控制。但这种控制方法，对输入电压脉动的抑制效果差；在负载、输入电压变化等情况下的动态适应性较差。
[0040]
图3为相关方案中虚拟变量优化功率控制方法的一实施例的控制流程示意图。如图3所示，将原来构建的变换器数学模型通过引入电容电流使模型精确化，然后将传输功率表达式变形引入电容电流或虚拟电压等虚拟控制量，输出电压经过pi调节器得到虚拟控制量，然后通过传输功率估算获得传输功率标幺值和电压传输比，直接计算获得外移相角d2和内相移角d1，最终控制开关管驱动脉冲，从而实现对变换器的闭环控制。但是，由于多个变量的存在，控制难度和复杂度极大地增加，使得该优化调制策略的实现相对复杂。
[0041]
其中，将原来构建的变换器数学模型通过引入电容电流使模型精确化，然后将传输功率表达式变形引入电容电流或虚拟电压等虚拟控制量，具体是指：将电容电流引入变换器数学模型中，得到更精确的数学模型，然后通过dab变换器的功率表达式，变形可以得到所需虚拟控制量，从而在控制变换器输出的时候更加准确。
[0042]
通过传输功率估算获得传输功率标幺值和电压传输比，具体是指：通过dab变换器的功率表达式计算，dab变换器在控制下的传输功率p为：
[0043][0044]
对dab变换器的实际传输功率p进行标幺化处理，得到控制下dab变换器的标幺化传输功率p如下式所示：
[0045][0046]
直接计算获得外移相角d2和内相移角或脉宽控制量d1，具体是指：如图3所示，通过传输功率计算出的电压传输比k和传输功率的标幺值p，带入回流功率优化中，得到外移相
角d2和内相移角d1。控制开关管驱动脉冲，是指：如图3所示，回流功率优化得到外移相角d2和内相移角d1，通过软件程序输出高低电平，来控制每个开关管的导通。其中，n为dab变换器中变压器t的变比，f为频率，l为dab变换器的变压器t的漏感与辅助电感折合之后的传输电感，v1为dab变换器的输入电压，v2为dab变换器的输出电压。
[0047]
为了使dab变换器在工况多变的环境下能可靠工作，提高dab变换器的动态性能，本发明的方案，结合两种优化功率控制(即优化功率控制方法和虚拟变量优化功率控制方法)的思路，在回流功率优化的基础上，提出一种混合三电平dab变换器的虚拟电流功率控制方法，以提高dab变换器的动态响应性能，提高dab变换器的效率。
[0048]
根据本发明的实施例，提供了一种dab变换器的控制方法，如图4所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该dab变换器的控制方法可以包括：步骤s110至步骤s150。
[0049]
在步骤s110处，获取所述dab变换器的输入电压(如dab变换器输入电压v1)，并获取所述dab变换器的输出电压(如dab变换器输出电压v2)。
[0050]
在步骤s120处，根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值。其中，所述dab变换器的电压传输比如dab变换器运行时的电压传输比k，所述dab变换器的实际传输功率的标幺值如所述dab变换器运行时的传输功率的标幺值p。
[0051]
在一些实施方式中，步骤s120中根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值的具体过程，参见以下示例性说明。
[0052]
下面结合图5所示本发明的方法中根据dab变换器的输入电压和输出电压确定dab变换器的电压传输比和实际传输功率的标幺值的一实施例流程示意图，进一步说明步骤s120中根据dab变换器的输入电压和输出电压确定dab变换器的电压传输比和实际传输功率的标幺值的具体过程，包括：步骤s210至步骤s220。
[0053]
步骤s210，根据所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，确定所述dab变换器的实际传输功率。其中，所述dab变换器的实际传输功率，如dab变换器所在系统更准确的实际传输功率p。
[0054]
在一些实施方式中，步骤s210中根据所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，确定所述dab变换器的实际传输功率的具体过程，参见以下示例性说明。
[0055]
下面结合图6所示本发明的方法中根据dab变换器的输出电压确定dab变换器的实际传输功率的一实施例流程示意图，进一步说明步骤s210中根据dab变换器的输出电压确定dab变换器的实际传输功率的具体过程，包括：步骤s310至步骤s340。
[0056]
步骤s310，将所述dab变换器的输出电压与预设的参考电压进行比较，得到比较结果。
[0057]
步骤s320，对所述比较结果进行pi控制，得到虚拟输出电流。
[0058]
步骤s330，将所述虚拟输出电流与设定的参考电压的乘积，确定为所述dab变换器的输出功率。
[0059]
步骤s340，将所述dab变换器的输出功率与所述dab变换器的传输效率的比值，确定为所述dab变换器的实际传输功率。
[0060]
其中，虚拟电流功率控制方式即虚拟电流功率控制方法，是指通过对输入电压、输出电压采样，将输出电压与参考输出电压作比较，经过pi控制器获得虚拟输出电流，将虚拟输出电流再与参考输出电压相乘得到输出功率，为获得更准确的传输功率，此处引入dab变换器的效率η，计算得到dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率的标幺值p，将dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p带入回流功率优化算法，得到最优控制组合，以期降低系统成本，提高dab变换器的效率及动态性能。
[0061]
步骤s220，根据所述dab变换器的输入电压、所述dab变换器的输出电压、以及所述dab变换器的实际传输功率，采用传输功率估算方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值。
[0062]
在一些实施方式中，步骤s220中根据所述dab变换器的输入电压、所述dab变换器的输出电压、以及所述dab变换器的实际传输功率，采用传输功率估算方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值的具体过程，参见以下示例性说明。
[0063]
下面结合图7所示本发明的方法中采用传输功率估算方式确定dab变换器的电压传输比和实际传输功率的标幺值的一实施例流程示意图，进一步说明步骤s220中采用传输功率估算方式确定dab变换器的电压传输比和实际传输功率的标幺值的具体过程，包括：步骤s410至步骤s430。
[0064]
步骤s410，根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，确定所述dab变换器的基准功率。并根据所述dab变换器的输出电压，确定所述dab变换器的输出电压的误差。
[0065]
步骤s420，将所述dab变换器的实际传输功率与所述dab变换器的基准功率的比值，确定为所述dab变换器的实际传输功率的标幺值。
[0066]
步骤s430，根据所述dab变换器的输出电压的误差，确定所述dab变换器的电压传输比。
[0067]
图9为虚拟电流优化功率控制方法的一实施例的控制流程示意图。参见图9所示的例子，dab变换器的输出功率为：
[0068][0069]
其中，po为dab变换器的输出功率，v2为dab变换器的输出电压，i2为dab变换器发热输出电流。
[0070]
考虑混合三电平双有源桥变换器的主电路中存在传输损耗，dab变换器的传输效率η与控制方式和混合三电平双有源桥变换器的主电路本身硬件设计均相关，根据实际情况可微调dab变换器的传输效率η，进一步得到dab变换器所在系统更准确的实际传输功率p：
[0071][0072]
其中，po为dab变换器的输出功率，p为dab变换器的实际传输功率，η为dab变换器的传输效率。
[0073]
对公式(2)进行标幺化，得到：
[0074][0075]
其中，p为dab变换器的实际传输功率p的标幺值，p为dab变换器的实际传输功率，pn为dab变换器的基准功率，f为频率，l为dab变换器的变压器t的漏感与辅助电感折合之后的传输电感，v2为dab变换器的输出电压，i2为dab变换器的输出电流，n为dab变换器中变压器t的变比，η为dab变换器的传输效率，v1为dab变换器的输入电压。
[0076]
因为公式(3)中的虚拟电流i2是通过dab变换器的输出电压v2的pi控制器获得，因此，可以通过积分器进行补偿，将公式(3)中dab变换器的频率f、dab变换器的变压器t的漏感与辅助电感折合之后的传输电感l、dab变换器中变压器t的变比n等常数项省去，但为更准确的调节dab变换器的实际传输功率p，dab变换器的传输效率η此处不能略去，则dab变换器的实际传输功率p可以进一步简化为公式(4)：
[0077][0078]
其中，p为dab变换器的实际传输功率p的标幺值，p为dab变换器的实际传输功率，pn为dab变换器的基准功率，v
2ref
为dab变换器的输出参考电压，i2′
为dab变换器的输出电压经过pi控制器得到的虚拟电流，η为dab变换器的传输效率，v1为dab变换器的输入电压，v2为dab变换器的输出电压。
[0079]
根据上述分析画出虚拟电流功率控制的总体方案如图9所示，通过分析可知，相比于相关方案中有电流传感器的优化方法，该方法省去了电流采样部分，直接通过输出电压误差计算k和dab变换器的实际传输功率p的标幺值p调节驱动信号，k是v1和v2的相减得到差值，简化了程序，可以进一步加快动态响应速度，减小设计成本。
[0080]
在步骤s130处，根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，采用回流功率控制方式，得到所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量。其中，所述dab变换器的外移相角如所述dab变换器的外移相角d2，所述所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量如dab变换器的内相移角或脉宽控制量d1。
[0081]
在一些实施方式中，步骤s130中根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，采用回流功率控制方式，得到所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量，包括：在所述dab变换器的给定功率条件下，根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，采用kkt算法，对所述dab变换器的回流功率进行优化，得到所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量。
[0082]
其中，回流功率，是指dab变换器控制时存在桥间移相，dab变换器中变压器的原边h桥的输出电压不能实时与电感电流同向，所以存在传输功率为负的阶段，即一个开关周期内存在输入功率为负值即出现功率回流给电源的情况，此阶段的功率为回流功率。回流功率优化方式，是指dab变换器在满足传输功率的前提下来对回流功率进行优化，则回流功率优化问题实际上可转换为在给定功率条件下寻找使dab变换器回流功率最小优化控制组合的数学求极值问题，对于含有等式约束的极值优化问题，kkt(karush-kuhn-tucke)算法是
求解含等式和不等式混合条件最优解的最有效方法。
[0083]
在步骤s140处，根据所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量，确定所述dab变换器中变压器的原边桥电路中开关管的驱动信号，记为所述dab变换器的变压器原边驱动信号。并确定所述dab变换器中变压器的副边桥电路中开关管的驱动信号，记为所述dab变换器的变压器副边驱动信号。
[0084]
在步骤s150处，根据所述dab变换器的变压器原边驱动信号，控制所述dab变换器中变压器的原边桥电路中开关管的工作。并根据所述dab变换器的变压器副边驱动信号，控制所述dab变换器中变压器的副边桥电路中开关管的工作。
[0085]
本发明的方案提出的一种混合三电平dab变换器的虚拟电流功率控制方法，在回流功率优化的基础之上，结合两种优化功率控制(即优化功率控制方法和虚拟变量优化功率控制方法)，在回流功率优化的基础上，提出了虚拟电流功率控制方案，省去了电流传感器，降低了dab变换器所在系统的设计成本，在输入电压波动或负载跳变情况下具有更好的动态性能，响应速度更快，以使dab变换器在工况多变的环境下能可靠工作，提高dab变换器的动态响应性能。
[0086]
为了进一步分析其动态特性，下面通过仿真将其与相关方案中功率控制在相同的电压波动和负载跳变情况下进行对比分析。
[0087]
图10为输入电压波动时dab变换器的动态响应曲线示意图，其中，(a)为相关方案中功率控制的输入电压波动时dab变换器的动态响应曲线示意图，(b)为本发明的虚拟电流功率控制的输入电压波动时dab变换器的动态响应曲线示意图。图10给出了输出电压为15v，传输功率不变时，输入电压由480v跳变到432v时dab变换器的输出电压、电流响应曲线。图10可知，dab变换器遭遇相同的输入电压波动时，相比于相关方案中功率控制，本发明的方案所提出的虚拟电流控制具有更好的鲁棒性，它的恢复时间接近于零。
[0088]
图11为负载电阻波动时dab变换器的动态响应特性曲线示意图。图11给出了输入电压为480v，输出电压为15v时，负载由原来的0.7ω跳变到0.6372ω时dab变换器的输出电压、电流响应曲线。其中，(a)为相关方案中功率控制的负载电阻波动时dab变换器的动态响应特性曲线示意图，(b)为本发明的虚拟电流功率控制的负载电阻波动时dab变换器的动态响应特性曲线示意图。由图11可知，dab变换器遭遇相同的负载突变时，相比于相关方案中功率控制，本发明的方案所提出的虚拟电流控制具有更好的鲁棒性，它的恢复时间接近于零。
[0089]
本发明的方案，结合两种优化功率控制(即优化功率控制方法和虚拟变量优化功率控制方法)，提出了虚拟电流功率控制方法，省去了电流传感器，通过对输入、输出电压采样，将输出电压与参考输出电压作比较，经过pi控制器获得虚拟输出电流，虚拟输出电流再与参考输出电压相乘得到输出功率，为获得更准确的传输功率，此处引入变换器效率η，计算得到dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p，将dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p带入回流功率优化算法，得到最优控制组合以期降低系统成本提高dab变换器的效率及动态性能，从而，在输入电压波动或负载跳变情况下具有更好的动态性能，使dab变换器在工况多变的环境下能可靠工作，提高了dab变换器的动态响应性能。
[0090]
在本发明的方案中，在回流功率优化的基础之上，提出了虚拟电流功率控制方法，省去了电流传感器，通过对输入电压、输出电压采样，将输出电压与参考输出电压作比较，
经过pi控制器获得虚拟输出电流，将虚拟输出电流再与参考输出电压相乘得到输出功率，为获得更准确的传输功率，将传输功率带入回流功率优化算法，得到最优控制组合，在输入电压波动或负载跳变情况下具有更好的动态性能，以期降低dab变换器所在系统的成本，提高dab变换器的效率及动态性能，提高dab变换器的效率。
[0091]
采用本实施例的技术方案，通过检测dab变换器的输入电压和输出电压，根据dab变换器的输出电压和参考电压得到虚拟输出电流，根据虚拟输出电流与参考电压得到输出功率，根据输出功率得到dab变换器的效率。进而，根据dab变换器的输入电压、输出电压和效率，得到dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p。将dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p带入回流功率优化算法，得到dab变换器的外移相角d2和内相移角或脉宽控制量d1，根据dab变换器的外移相角d2和内相移角或脉宽控制量d1，得到dab变换器中变压器两侧桥中开关管的驱动信号，从而，通过在回流功率优化的基础上，进行虚拟电流功率控制，以提高dab变换器的动态响应性能，提高dab变换器的效率。
[0092]
根据本发明的实施例，还提供了对应于dab变换器的控制方法的一种dab变换器的控制装置。参见图8所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该dab变换器的控制装置可以包括：获取单元102和控制单元104。
[0093]
其中，获取单元102，被配置为获取所述dab变换器的输入电压(如dab变换器输入电压v1)，并获取所述dab变换器的输出电压(如dab变换器输出电压v2)。该获取单元102的具体功能及处理参见步骤s110。
[0094]
控制单元104，被配置为根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值。其中，所述dab变换器的电压传输比如dab变换器运行时的电压传输比k，所述dab变换器的实际传输功率的标幺值如所述dab变换器运行时的传输功率的标幺值p。该控制单元104的具体功能及处理参见步骤s120。
[0095]
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，包括：
[0096]
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，确定所述dab变换器的实际传输功率。其中，所述dab变换器的实际传输功率，如dab变换器所在系统更准确的实际传输功率p。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s210。
[0097]
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述dab变换器的输出电压，采用虚拟电流功率控制方式，确定所述dab变换器的实际传输功率，包括：
[0098]
所述控制单元104，具体还被配置为将所述dab变换器的输出电压与预设的参考电压进行比较，得到比较结果。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s310。
[0099]
所述控制单元104，具体还被配置为对所述比较结果进行pi控制，得到虚拟输出电流。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s320。
[0100]
所述控制单元104，具体还被配置为将所述虚拟输出电流与设定的参考电压的乘积，确定为所述dab变换器的输出功率。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s330。
[0101]
所述控制单元104，具体还被配置为将所述dab变换器的输出功率与所述dab变换
器的传输效率的比值，确定为所述dab变换器的实际传输功率。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s340。
[0102]
其中，虚拟电流功率控制方式即虚拟电流功率控制装置，是指通过对输入电压、输出电压采样，将输出电压与参考输出电压作比较，经过pi控制器获得虚拟输出电流，将虚拟输出电流再与参考输出电压相乘得到输出功率，为获得更准确的传输功率，此处引入dab变换器的效率η，计算得到dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率的标幺值p，将dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p带入回流功率优化算法，得到最优控制组合，以期降低系统成本，提高dab变换器的效率及动态性能。
[0103]
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述dab变换器的输入电压、所述dab变换器的输出电压、以及所述dab变换器的实际传输功率，采用传输功率估算方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s220。
[0104]
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述dab变换器的输入电压、所述dab变换器的输出电压、以及所述dab变换器的实际传输功率，采用传输功率估算方式，得到所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，包括：
[0105]
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述dab变换器的输入电压、以及所述dab变换器的输出电压，确定所述dab变换器的基准功率。并根据所述dab变换器的输出电压，确定所述dab变换器的输出电压的误差。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s410。
[0106]
所述控制单元104，具体还被配置为将所述dab变换器的实际传输功率与所述dab变换器的基准功率的比值，确定为所述dab变换器的实际传输功率的标幺值。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s420。
[0107]
所述控制单元104，具体还被配置为根据所述dab变换器的输出电压的误差，确定所述dab变换器的电压传输比。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s430。
[0108]
图9为虚拟电流优化功率控制方法的一实施例的控制流程示意图。参见图9所示的例子，dab变换器的输出功率为：
[0109][0110]
其中，po为dab变换器的输出功率，v2为dab变换器的输出电压，i2为dab变换器发热输出电流。
[0111]
考虑混合三电平双有源桥变换器的主电路中存在传输损耗，dab变换器的传输效率η与控制方式和混合三电平双有源桥变换器的主电路本身硬件设计均相关，根据实际情况可微调dab变换器的传输效率η，进一步得到dab变换器所在系统更准确的实际传输功率p：
[0112][0113]
其中，po为dab变换器的输出功率，p为dab变换器的实际传输功率，η为dab变换器的传输效率。
[0114]
对公式(2)进行标幺化，得到：
[0115][0116]
其中，p为dab变换器的实际传输功率p的标幺值，p为dab变换器的实际传输功率，pn为dab变换器的基准功率，f为频率，l为dab变换器的变压器t的漏感与辅助电感折合之后的传输电感，v2为dab变换器的输出电压，i2为dab变换器的输出电流，n为dab变换器中变压器t的变比，η为dab变换器的传输效率，v1为dab变换器的输入电压。
[0117]
因为公式(3)中的虚拟电流i2是通过dab变换器的输出电压v2的pi控制器获得，因此，可以通过积分器进行补偿，将公式(3)中dab变换器的频率f、dab变换器的变压器t的漏感与辅助电感折合之后的传输电感l、dab变换器中变压器t的变比n等常数项省去，但为更准确的调节dab变换器的实际传输功率p，dab变换器的传输效率η此处不能略去，则dab变换器的实际传输功率p可以进一步简化为公式(4)：
[0118][0119]
其中，p为dab变换器的实际传输功率p的标幺值，p为dab变换器的实际传输功率，pn为dab变换器的基准功率，v
2ref
为dab变换器的输出参考电压，i2′
为dab变换器的输出电压经过pi控制器得到的虚拟电流，η为dab变换器的传输效率，v1为dab变换器的输入电压，v2为dab变换器的输出电压。
[0120]
根据上述分析画出虚拟电流功率控制的总体方案如图9所示，通过分析可知，相比于相关方案中有电流传感器的优化装置，该装置省去了电流采样部分，直接通过输出电压误差计算k和dab变换器的实际传输功率p的标幺值p调节驱动信号，简化了程序，可以进一步加快动态响应速度，减小设计成本。
[0121]
所述控制单元104，还被配置为根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，采用回流功率控制方式，得到所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量。其中，所述dab变换器的外移相角如所述dab变换器的外移相角d2，所述所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量如dab变换器的内相移角或脉宽控制量d1。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s130。
[0122]
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，采用回流功率控制方式，得到所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量，包括：所述控制单元104，具体还被配置为在所述dab变换器的给定功率条件下，根据所述dab变换器的电压传输比、以及所述dab变换器的实际传输功率的标幺值，采用kkt算法，对所述dab变换器的回流功率进行优化，得到所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量。
[0123]
其中，回流功率，是指dab变换器控制时存在桥间移相，dab变换器中变压器的原边h桥的输出电压不能实时与电感电流同向，所以存在传输功率为负的阶段，即一个开关周期内存在输入功率为负值即出现功率回流给电源的情况，此阶段的功率为回流功率。回流功率优化方式，是指dab变换器在满足传输功率的前提下来对回流功率进行优化，则回流功率优化问题实际上可转换为在给定功率条件下寻找使dab变换器回流功率最小优化控制组合的数学求极值问题，对于含有等式约束的极值优化问题，kkt(karush-kuhn-tucke)算法是
求解含等式和不等式混合条件最优解的最有效装置。
[0124]
所述控制单元104，还被配置为根据所述dab变换器的外移相角、以及所述dab变换器的内相移角或脉宽控制量，确定所述dab变换器中变压器的原边桥电路中开关管的驱动信号，记为所述dab变换器的变压器原边驱动信号。并确定所述dab变换器中变压器的副边桥电路中开关管的驱动信号，记为所述dab变换器的变压器副边驱动信号。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s140。
[0125]
所述控制单元104，还被配置为根据所述dab变换器的变压器原边驱动信号，控制所述dab变换器中变压器的原边桥电路中开关管的工作。并根据所述dab变换器的变压器副边驱动信号，控制所述dab变换器中变压器的副边桥电路中开关管的工作。该控制单元104的具体功能及处理还参见步骤s150。
[0126]
本发明的方案提出的一种混合三电平dab变换器的虚拟电流功率控制装置，在回流功率优化的基础之上，结合两种优化功率控制(即优化功率控制装置和虚拟变量优化功率控制装置)，在回流功率优化的基础上，提出了虚拟电流功率控制方案，省去了电流传感器，降低了dab变换器所在系统的设计成本，在输入电压波动或负载跳变情况下具有更好的动态性能，响应速度更快，以使dab变换器在工况多变的环境下能可靠工作，提高dab变换器的动态响应性能。
[0127]
为了进一步分析其动态特性，下面通过仿真将其与相关方案中功率控制在相同的电压波动和负载跳变情况下进行对比分析。
[0128]
图10为输入电压波动时dab变换器的动态响应曲线示意图，其中，(a)为相关方案中功率控制的输入电压波动时dab变换器的动态响应曲线示意图，(b)为本发明的虚拟电流功率控制的输入电压波动时dab变换器的动态响应曲线示意图。图10给出了输出电压为15v，传输功率不变时，输入电压由480v跳变到432v时dab变换器的输出电压、电流响应曲线。图10可知，dab变换器遭遇相同的输入电压波动时，相比于相关方案中功率控制，本发明的方案所提出的虚拟电流控制具有更好的鲁棒性，它的恢复时间接近于零。
[0129]
图11为负载电阻波动时dab变换器的动态响应特性曲线示意图。图11给出了输入电压为480v，输出电压为15v时，负载由原来的0.7ω跳变到0.6372ω时dab变换器的输出电压、电流响应曲线。其中，(a)为相关方案中功率控制的负载电阻波动时dab变换器的动态响应特性曲线示意图，(b)为本发明的虚拟电流功率控制的负载电阻波动时dab变换器的动态响应特性曲线示意图。由图11可知，dab变换器遭遇相同的负载突变时，相比于相关方案中功率控制，本发明的方案所提出的虚拟电流控制具有更好的鲁棒性，它的恢复时间接近于零。
[0130]
本发明的方案，结合两种优化功率控制(即优化功率控制装置和虚拟变量优化功率控制装置)，提出了虚拟电流功率控制装置，省去了电流传感器，通过对输入、输出电压采样，将输出电压与参考输出电压作比较，经过pi控制器获得虚拟输出电流，虚拟输出电流再与参考输出电压相乘得到输出功率，为获得更准确的传输功率，此处引入变换器效率η，计算得到dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p，将dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p带入回流功率优化算法，得到最优控制组合以期降低系统成本提高dab变换器的效率及动态性能，从而，在输入电压波动或负载跳变情况下具有更好的动态性能，使dab变换器在工况多变的环境下能可靠工作，提高了dab变换器的动态响应性能。
[0131]
在本发明的方案中，在回流功率优化的基础之上，提出了虚拟电流功率控制装置，省去了电流传感器，通过对输入电压、输出电压采样，将输出电压与参考输出电压作比较，经过pi控制器获得虚拟输出电流，将虚拟输出电流再与参考输出电压相乘得到输出功率，为获得更准确的传输功率，将传输功率带入回流功率优化算法，得到最优控制组合，在输入电压波动或负载跳变情况下具有更好的动态性能，以期降低dab变换器所在系统的成本，提高dab变换器的效率及动态性能，提高dab变换器的效率。
[0132]
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
[0133]
采用本发明的技术方案，通过检测dab变换器的输入电压和输出电压，根据dab变换器的输出电压和参考电压得到虚拟输出电流，根据虚拟输出电流与参考电压得到输出功率，根据输出功率得到dab变换器的效率；进而，根据dab变换器的输入电压、输出电压和效率，得到dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p；将dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p带入回流功率优化算法，得到dab变换器的外移相角d2和内相移角或脉宽控制量d1，根据dab变换器的外移相角d2和内相移角或脉宽控制量d1，得到dab变换器中变压器两侧桥中开关管的驱动信号，降低dab变换器所在系统的成本，提高dab变换器的效率及动态性能。
[0134]
根据本发明的实施例，还提供了对应于dab变换器的控制装置的一种开关电源。该开关电源可以包括：以上所述的dab变换器的控制装置。
[0135]
由于本实施例的开关电源所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
[0136]
采用本发明的技术方案，通过检测dab变换器的输入电压和输出电压，根据dab变换器的输出电压和参考电压得到虚拟输出电流，根据虚拟输出电流与参考电压得到输出功率，根据输出功率得到dab变换器的效率；进而，根据dab变换器的输入电压、输出电压和效率，得到dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p；将dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p带入回流功率优化算法，得到dab变换器的外移相角d2和内相移角或脉宽控制量d1，根据dab变换器的外移相角d2和内相移角或脉宽控制量d1，得到dab变换器中变压器两侧桥中开关管的驱动信号，使dab变换器在工况多变的环境下能可靠工作，提高dab变换器的动态响应性能。
[0137]
根据本发明的实施例，还提供了对应于dab变换器的控制方法的一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的dab变换器的控制方法。
[0138]
由于本实施例的存储介质所实现的处理及功能基本相应于前述方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
[0139]
采用本发明的技术方案，通过检测dab变换器的输入电压和输出电压，根据dab变换器的输出电压和参考电压得到虚拟输出电流，根据虚拟输出电流与参考电压得到输出功率，根据输出功率得到dab变换器的效率；进而，根据dab变换器的输入电压、输出电压和效
率，得到dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p；将dab变换器运行时的电压传输比k和传输功率p带入回流功率优化算法，得到dab变换器的外移相角d2和内相移角或脉宽控制量d1，根据dab变换器的外移相角d2和内相移角或脉宽控制量d1，得到dab变换器中变压器两侧桥中开关管的驱动信号，使dab变换器在输入电压波动或负载跳变情况下具有更好的动态性能，响应速度更快。
[0140]
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
[0141]
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。