一种级联电源系统中多路并联全桥llc变换器的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于属于级联电源系统领域，涉及一种级联电源系统中多路并联全桥LLC变换器的控制方法。
【背景技术】
[0002]级联电源系统，采用级联的形式连接多个电源子系统，实现了多级变换，近年来在分布式发电和电动汽车等领域得到了广泛应用。以户用光伏发电系统为例，前级采用Boost电路对光伏进行MPPT控制，后级采用高频隔离型DC-DC变换器为该系统提供电气隔离，并提升直流母线电压，最终通过逆变器实现并网运行。众所周知，LLC谐振型高频隔离DC-DC变换器拥有极高的效率和功率密度，以及更宽的增益范围，近年来在分布式发电系统和电动汽车等领域中得到广泛应用。但是多路并联LLC在直流母线电压控制和均流方面还存在一些待优化的技术问题。
[0003]其一，在等效输出电阻较大，即空载的工况下，受寄生参数的影响，其增益曲线容易出现上翘，产生输出电压抬高，难以控制的现象。受其影响，若用LLC控制其前级母线，在后级母线电压不变的情况下，前级母线电压会低于参考值。若用LLC控制其后级母线，在前级母线电压不变的情况下，后级母线电压会高于参考值。对此可以在空载工况下采用定频率控制的方式，但此方法会导致非常高的空载频率，从而导致LLC效率下降。为了提升效率，也可使开关管在较低频率处间歇工作，即采用burst模式进行控制。此方法导致输出电压纹波过大，会对直流级联电源系统造成较大电磁干扰，不利于系统的长期稳定运行。
[0004]其二，受制于较窄的闭环带宽，LLC的动态响应速度相对较慢，尤其是在级联电源系统中，当系统产生扰动，功率出现不平衡，可能对直流母线电压造成较大的冲击，使直流母线电压超出正常运行范围，最终导致系统内变流器无法正常工作，严重时将触发保护动作，致使系统崩溃。所以控制直流母线电压对于级联电源系统有着至关重要的作用。
[0005]其三，为了扩充功率等级，将LLC变换器进行并联时，受制于各路参数的差别，各LLC变换器上的电感电流将存在一定的差异，导致系统内出现环流或者热分布不均等问题。这对整个直流级联电源系统颇为不利。
[0006]根据上述问题，为了在全负载范围内实现直流母线电压控制和均流等目标，需要研究性能更佳且便于实现的新型多路并联全桥LLC谐振型DC-DC变换器直流母线电压控制和均流方案。
[0007]经过检索，发现以下相近领域的已公开专利文献。
[0008]电力变换技术领域(CN103633850A)，尤其涉及一种半桥LLCPFM变频电路及其控制方法，包括开关电路、LLC谐振电路和整流输出电路；开关电路由两组半桥子模块级联而成，每组半桥子模块包括2个MOSFET管，两组半桥子模块的中间节点连接LLC谐振电路的电压输入侧，LLC谐振电路的电压输出侧连接整流输出电路。根据负载的电流值或电压值发出PffM信号给开关电路；开关电路根据PWM信号生成驱动信号提供给两组半桥子模块，以便实现软开关变换。本发明采用LLC串联谐振技术实现零电压开关，降低电路的开关损耗，实现高效的半桥软开关变换，采用电气对称拓扑结构设计，使电路反应快速，提高了电路稳定性且减小了电路的体积和重量。
[0009]基于LLC拓扑的超宽输出电压范围充电机及控制方法(CN104467443A)，包括LLC谐振变换器和控制电路，LLC谐振变换器包括由MOSFET全桥变换电路组成的开关网络，开关网络的输入端与电源输入端相连，输出端与谐振网路的输入端相连，谐振网路的输出端与变压器的漏感相连，变压器的副边线圈与整流滤波网络相连；控制电路包括控制单元，控制单元根据接收的LLC谐振变换器的输入端及输出端的信号控制MOSFET全桥变换电路的MOS管的开关，使LLC谐振变换器能在全电压范围内实现原边开关管的零电压导通，副边整流二极管的零电流关断。本发明输出电压宽，不受充电对象输入电压范围的限制，可以为各种新能源电动汽车充电。
[0010]经过对比，以上公开文件的技术方案与本专利申请存在较大不同。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供给出一种新型的电压控制策略和均流策略，用于在全负载范围内稳定控制并联的全桥LLC谐振型DC-DC变换器直流母线电压，保证并联支路均流，不改变电路硬件结构，也不产生电压纹波。
[0012]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
[0013]—种级联电源系统中多路并联全桥LLC变换器的控制方法，其特征在于:本方法所采用的级联电源系统，包括前级变换器、LLC、后级变换器依次连接构成三级级联结构；
[0014]前级变换器的储能装置位于双向DC-DC变换器的前侧，双向DC-DC变换器另一侧并联有多个LLC，多个LLC并联在后级变换器的三相逆变器一侧，三相逆变器另一侧连接滤波器，滤波器连接电网。
[0015]而且，LLC电路包括依次连接的开关网络、谐振网络和整流网络，
[0016]开关网络的电路内并联有两条桥臂，其中一条桥臂由串联的开关管Ql和开关管Q2组成，另一条桥臂由开关管Q3和开关管Q4组成；
[0017]谐振网络采用LLC型谐振腔，包含谐振电容Cr，谐振电感Lr和变压器励磁电感Lm,该谐振电容Cr，谐振电感Lr以及变压器励磁电感Lm依次串联，该谐振网络一端连接在开关管Ql与开关管Q2之间的桥臂上，该谐振网络另一端连接在开关管Q3与开关管Q4之间的桥臂上；
[0018]整流电路采用开关管器件或整流二极管，实现电能的传递。
[0019]而且，LLC的半桥全桥模式切换方法:
[0020]当LLC处于重载状态时，开关管Q1、Q2、Q3和Q4采用脉冲频率调制控制策略，形成LLC全桥模式；
[0021]当LLC处于轻载状态时，开关管Ql和Q2的控制方式不变，开关管Q3控制信号置“O”且将开关管Q4控制信号置“ I ”，使该桥臂的上方开关管断开，下方开关管闭合，形成LLC半桥模式。
[0022]而且，具体步骤为:
[0023]⑴直流母线电压控制；在全负载范围内，两路LLC控制前级直流母线电压为UFront;
[0024]①首先，生成前级直流母线电压控制半桥全桥切换标志符SIGNAL_FH_Front ;
[0025]②判定标志位SIGNAL_FH_Front的状态，来决定进入空载调节程序或带载调节程序;
[0026]③前级直流母线均流控制，在判定标志位SIGNAL_FH_Front的状态的同时，进行前级直流母线均流控制；
[0027]⑵后级直流母线控制；两路LLC控制后级直流母线电压UBadi;
[0028]①首先，引入全桥半桥切换控制标志位SIGNAL_FH_Back ；
[0029]②判定标志位SIGNAL_FH_Back的状态，决定进入空载调节程序或带载调节程序；
[0030]③后级直流母线均流控制，判定标志位SIGNAL_FH_Back的状态的同时，进行后级直流母线均流控制。
[0031 ] 而且，所述步骤⑴中的①半桥全桥切换标志符SIGNAL_FH_Front的生成流程为:
[0032]LLC由重载转换到空载状态时，SIGNAL_FH_Front由“ I”变为“0”，开关管Q3断开，开关管Q4闭合，LLC由全桥转化到半桥；
[0033]LLC由空载转换到重载状态时，SIGNAL_FH_Front由“O”变为“1”，开关管Q3、Q4正常工作，LLC由半桥转化到全桥。
[0034]而且，所述步骤⑴中的②标志位SIGNAL_FH_Front的所决定半桥全桥工作状态的流程具体为: