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专利号: 2019108484138
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种交直流混合配电网的LLC系统谐振参数计算方法,包括非线性电源负载、多LLC并联模块及其控制电路;所述非线性电源负载采用蓄电池作为储能装置,通过开关K0、K1和电阻R0实现软启动保护;所述多LLC并联模块的高压侧采用全控整流桥,高压侧接电容Cin实现稳压,谐振电路采用谐振电容C1‑Cn、谐振电感L1‑Ln、励磁电感Lm1‑Lmn、中高频变压器MFT,低压侧采用对称全控逆变桥,并利用低压侧电容Co稳压;所述LLC控制电路包括与LLC模块、非线性电源负载连接的电压、电流传感器,所述电压传感器输入端接高压侧直流母线电源侧,输出端通过数模转换器、检测电路与主控CPU连接;所述电流传感器的输入端分别接高压侧直流母线、低压侧非线性电源负载与高压侧谐振电感,输出侧通过数模转换器、检测电路与主控CPU连接,所述主控CPU与驱动电路相连;其特征在于:所述的LLC系统谐振参数计算方法,具体包括以下步骤:

步骤1:采用电压电流传感器、LCR测量仪采集LLC系统输入侧直流电压、器件自身参数,构建考虑器件自身参数的精确电路等效模型;将单模块LLC系统高压侧的全控整流桥等效为AC电源,低压侧的全控逆变桥等效为两个等效电阻负载Reqs和Req;

步骤2:根据步骤1所述的精确电路等效模型,确定谐振参数解空间R与初始解空间R1‑R20;步骤2.1:精确电路等效模型将等效电路的输入侧与输出侧的电压相除,得到等效电路的电压增益M,如式(1)中所示:

式(1)中M为电压增益,Req为等效储能负载,s为拉普拉斯算子,L1为谐振电感,RL1为谐振电感电阻,RLm1为励磁电感电阻,Lm1为励磁电感,Rs和Reqs为等效开关负载,RC1为谐振电容电阻,C1为谐振电容,Cs为开关器件寄生电容;

步骤2.2:解空间与初始解空间

解空间R包含谐振电容C1、谐振电感L1、励磁电感Lm1、励磁电阻RLm1、谐振电容电阻RC1、谐振电感电阻RL1、开关器件寄生电容Cs、等效储能负载Req、等效开关负载Rs和Reqs;初始解空间中的谐振电容C1、谐振电感L1、励磁电感Lm1由传统计算方法得到,初始解空间的其余参数采用固定参数;计算过程如下,首先计算特征阻抗Z如式(2)所示:Z=Q·Req                      (2)式(2)中Q为LLC系统品质因数,为工程经验常数,通常取0.8左右,其次计算谐振电容C1、谐振电感L1、励磁电感Lm1;

Lm1=k·L1                       (5)如式(3)‑(5)所示,k始终为电感系数,工程经验取4左右,fr为开关频率,为系统构建时确定的指标:通过上述方法,得到初始解空间R1‑R20;

步骤3:将步骤2中所计算的初始解空间,代入小变量扰动的迭代求解算法;对初始解空间中部分变量进行随机小变量扰动,根据增益优化判据确定扰动后的变化方向,根据增益稳定性判据确定扰动后结果的适用性,迭代多次直至变化方向稳定后输出最终解;将初始解空间代入小变量扰动的迭代求解算法的具体方式为:步骤3.1:定义小信号扰动的精确谐振参数计算方法中代价函数fi:式(6)中,M1‑M20为代入初始解下电压增益,Mref为电压增益的理想值,i为求解的数量,取20,计算结果为f1‑f20;

步骤3.2:进行一次小信号扰动的迭代求解通过对解空间R内任意一个变量δ的扰动量 产生新解R’1‑R’20,并计算相应的电压增益M’1‑M’20和代价函数f’1‑f’20:计算扰动后代价函数fi’和代价函数差Δfi:Δfi=fi'‑fi                          (8)步骤3.3:小信号扰动迭代求解判据

将扰动后产生的增益与扰动前产生的增益进行对比,采用增益优化对其进行筛选,当Δf<0时接受新解,反之则以新解与当前解的目标函数差定义接受概率:其中,P为新解的接受概率,T为某次扰动下的扰动指数,初始为接近无穷大的常数,该变量随求解过程逐渐降低,并决定了算法是否结束,e为自然指数,通常取2.718;

将此时解空间全部参数代入模型中,得到开关频率范围的最小值fmin,与LLC系统第二谐振频率fm比较,作为增益稳定性判据,确定扰动后结果的适用性:式(10)中,P’为新解的二次接受概率;

若T>Tref,Tref为LLC系统设定的扰动指数参考值,设置为常数0.01,扰动指数较高,迭代算法求解未结束,重复步骤3.2;

若T