前言:

去年花了很多時間在研究基于變壓器三繞組的三端口變換器，這個拓?fù)湟驗(yàn)楣灿昧艘粋€變壓器所以三個端口的輸入輸出功率高度耦合，因此很難實(shí)現(xiàn)解耦合控制，在一些要求較高的場合難以達(dá)到要求。但是這種三端口變換器的實(shí)現(xiàn)思想還是給我很多啟發(fā)，幾個月前有跟一個大佬談起系統(tǒng)級的三端口功率變換器的實(shí)現(xiàn)方法，我就一直在思考系統(tǒng)級的三端口功率變換的具體實(shí)現(xiàn)和控制方法。

P1 基于三繞組變壓器的三端口變換器

可見圖一所示，在一個磁芯上有三個緊密耦合的繞組，三個繞組分別連接到三個全橋上。三個全橋基于DAB的移相控制思想，通過調(diào)節(jié)三個全橋之間的移相角度來實(shí)現(xiàn)功率的傳遞。通俗的講，先通過確定其中一個全橋作為其它兩個全橋的移相參考角度，其它兩個以它為參考開始滯后或超前移相工作。其中滯后的H橋是為負(fù)載，此時它吸收了功率。另外一個全橋可以設(shè)置為超前移相，那么它就是作為源，也可以設(shè)置相位滯后，作為作為系統(tǒng)的負(fù)載。在任意一個狀態(tài)里面三個全橋的輸出和輸入都可以改變移相的角度來選擇作為源或載，這里就是利用了DAB變換器的閉環(huán)的功率流向易于控制的優(yōu)點(diǎn)，在這里我只是簡單的介紹了這個拓?fù)涞目刂品椒ǖ拇蟾潘悸罚嗟目刂品椒ù蠹艺埐榭淳唧w文獻(xiàn)。畢竟今天主題不是它~

（圖一 基于變壓器三繞組耦合的三全橋三端口變換器）

P2 三端口功率變換器的思考

我們順著上文中三端口的變換器實(shí)現(xiàn)思想，把思路再開闊一些。如果一個系統(tǒng)有三個功率方向，可以滿足三個方向上輸入輸出方向切換，又可以任意選擇來做源或載。那就很有意思了。

比如在電池儲能這種應(yīng)用場景，有AC源，電池（直流）和系統(tǒng)中的直流負(fù)載。那就可以存在AC同時對電池和負(fù)載提供功率，當(dāng)AC異常時也可以由電池為AC和負(fù)載提供功率，甚至其它的功率流動方向。總之這三個端口的功率都可以任意方向的流動，因此它就可以非常靈活的應(yīng)用在一些特殊需要的場合，比如房車應(yīng)用：由AC作為電源，為車內(nèi)負(fù)載和電池充電。當(dāng)沒AC時，由電池為車內(nèi)負(fù)載和逆變器提供功率。如果您的思路更加開闊，在某些需要高可靠性的場合要求兩種不同形式的功率輸入，等等可以腦補(bǔ)一下，嗯~ o(*￣▽￣*)o。

（圖二 三端口功率變換器的拓?fù)洌?br />

實(shí)現(xiàn)方法：

通過雙向AC/DC來鏈接直流高壓母線和電網(wǎng)，再使用兩個雙向dcdc變換器來實(shí)現(xiàn)對直流母線的功率進(jìn)行雙向變換。從系統(tǒng)的角度來說，由于三個端口的變換器共用的是原邊的直流母線，而且直流母線上存在較大容量的電容器，所以是可以看成三個獨(dú)立拓?fù)洌到y(tǒng)控制是解耦狀態(tài)。所以這就給功率控制帶了極高的靈活性和自由度，兩個雙向DCDC變換器都采樣了輸入和輸出的電壓和電流，在各自的功率控制上分別都能實(shí)現(xiàn)恒壓/恒流/恒功率的控制。這樣就可以很方便的設(shè)置兩個DCDC變換器的輸入和輸出功率，不管是正向還是負(fù)向都是可控的狀態(tài)。AC/DC整流逆變器，這一級的工作狀態(tài)的切換也是可以無縫切換的，通過限制ID/IQ的值也可以達(dá)到限制輸入和輸出功率的目的，所以從這些實(shí)現(xiàn)來看，三個方向的功率變化都是雙向的，并且功率和流向可控的。

AC/DC部分：

整流逆變部分使用的是由dq和svm控制的T型三電平拓?fù)洌P(guān)于這一塊的內(nèi)容更多可見：《T型三相三電平整流器的控制實(shí)現(xiàn)和仿真》。

DC/DC部分：

這一部分使用了三相半橋DAB變換器，在原邊和副邊都是用三個半橋，其高低端驅(qū)動互補(bǔ)，通過調(diào)整原邊半橋的驅(qū)動和副邊半橋?qū)?yīng)的驅(qū)動的移相角度來實(shí)現(xiàn)功率的傳輸和控制，可見下圖所示：

移相控制波形：

為了簡單的說明系統(tǒng)原理，我模擬了這么一種情況：AC輸入，電池輸入，負(fù)載30kw的一種工況。其中AC和DC源各負(fù)載了部分功率，為了簡單的實(shí)現(xiàn)，這里沒有加入恒功率控制模塊，各位大佬可以自行增加即可。關(guān)于其他工況只需調(diào)整DCDC移相方向即可實(shí)現(xiàn)，各位可以自行測試。

模型全部：

（系統(tǒng)）

（負(fù)載部分）

（DC源部分）

運(yùn)行結(jié)果：

整流：

負(fù)載dcdc

源dcdc

小節(jié)：簡單的討論三端口功率變換器的實(shí)現(xiàn)方法和控制實(shí)現(xiàn)，有關(guān)于這一塊的更多細(xì)節(jié)研究將在后續(xù)慢慢展開，謝謝。