雙有源橋(Dual Active Bridge，DAB)DC-DC變換器是一種先進的電力轉(zhuǎn)換技術，具有雙向能量流動能力，可以同時實現(xiàn)直流到直流的升壓和降壓轉(zhuǎn)換。在移相控制策略中，DAB變換器的兩個半橋的開關信號會相互錯開一定的相位角，以有效控制輸出電壓和電流，提高效率，降低紋波。DPS(雙移相)控制方法則進一步優(yōu)化了電流應力，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。本研究旨在通過仿真驗證DPS控制策略在DAB閉環(huán)控制中的有效性。DAB變換器由兩個交錯工作的半橋逆變器組成，每個半橋由兩個開關器件(如IGBT或MOSFET)構成。通過改變開關頻率和占空比，可以調(diào)節(jié)輸出電壓和電流。DAB變換器的顯著特點是其雙向能量流動能力，使得電源可以從一個電能域高效轉(zhuǎn)換到另一個電能域。

DPS控制策略通過在DAB變換器的兩個半橋之間引入兩個移相角，即橋間移相角和橋內(nèi)移相角，來實現(xiàn)對電流應力的最小化。通過調(diào)整這兩個移相角，可以改變流經(jīng)變壓器的平均電流，進而調(diào)整輸出電壓。DPS控制策略的優(yōu)勢在于其能夠降低開關器件的電流應力，減少功率損耗，提高系統(tǒng)效率。閉環(huán)控制系統(tǒng)是DAB變換器穩(wěn)定運行的關鍵。本研究采用電壓閉環(huán)和電流閉環(huán)相結合的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。電壓閉環(huán)控制通過檢測輸出電壓并與設定值比較，然后調(diào)整移相控制器的相位差，以保持輸出電壓恒定。電流閉環(huán)控制則監(jiān)測輸出電流，并通過反饋機制調(diào)整開關頻率或占空比，以維持期望的電流水平。

閉環(huán)控制是指控制論的一個基本概念。指作為被控的輸出量以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對輸入端施加控制影響的一種控制關系。帶有反饋信息的系統(tǒng)控制方式。當操作者啟動系統(tǒng)后，通過系統(tǒng)運行將控制信息輸向受控對象，并將受控對象的狀態(tài)信息反饋到輸入中，以修正操作過程，使系統(tǒng)的輸出符合預期要求。閉環(huán)控制是一種比較靈活、工作績效較高的控制方式，工業(yè)生產(chǎn)中的多數(shù)控制方式采用閉環(huán)控制的設計。閉環(huán)控制是根據(jù)控制對象輸出反饋來進行校正的控制方式，它是在測量出實際與計劃發(fā)生偏差時，按定額或標準來進行糾正的。閉環(huán)控制，從輸出量變化取出控制信號作為比較量反饋給輸入端控制輸入量，一般這個取出量和輸入量相位相反，所以叫負反饋控制，自動控制通常是閉環(huán)控制。比如家用空調(diào)溫度的控制。

雙有源橋(Dual Active Bridge, DAB)直流變換器就是其中一種應用在大功率場合的雙向DC-DC變換器。1991年，德國亞琛工業(yè)大學的R. W. De Doncker教授提出三相DAB直流變換器，這種拓撲結構在提出后的十幾年時間里并沒有成為電力電子領域研究的熱點，但是隨著大功率和高功率密度應用場合的增多以及電力電子器件和相關技術的不斷發(fā)展，三相DAB直流變換器逐漸成為近年來研究的熱點。國內(nèi)外學者對于三相DAB直流變換器的主要研究方向集中于電路拓撲、調(diào)制策略、建模和控制方法等方面。

為了分析變換器的動態(tài)特性和設計閉環(huán)控制器，需要建立三相DAB直流變換器精確的動態(tài)模型。狀態(tài)空間平均法(State Space Averaging, SSA)能夠準確反映變換器的工作過程，該方法提出以來在變換器建模領域取得很大的成功。然而，由于在穩(wěn)態(tài)運行時三相DAB直流變換器的三相電感電流是純交流量，不滿足小紋波假設，因此不能使用狀態(tài)空間平均法對其進行建模。

為了解決這一問題，有學者提出了狀態(tài)空間平均建模方法(State- Variable Averaging and State-Space Averaging, SVA- SSA)。這種方法可以將變換器的階數(shù)從四階降為一階，但是需要對每種可能的開關模式進行討論建模，因此無法得到統(tǒng)一的建模結果。

有學者提出的基頻近似法(First-Harmonic Approximation, FHA)只考慮了控制變量和狀態(tài)變量的基頻成分，利用相量或空間矢量對變換器的大信號變量進行表示，雖易于判斷變換器零電壓開關(Zero Voltage Switching, ZVS)的實現(xiàn)情況，但是由于忽略了其他頻次成分，所以當引入占空比作為控制變量時，F(xiàn)HA的建模精度較低。

傳統(tǒng)的三相DAB直流變換器調(diào)制策略是單移相調(diào)制策略，該調(diào)制方法簡單且易于實現(xiàn)，但會造成其在折算后兩側(cè)直流電壓比值遠離于1的情況，尤其是負載較輕時會導致DAB的效率較低。為了解決該問題，目前主要的方法是：降低由回流功率所引起的通態(tài)損耗，從而提高三相DAB直流變換器效率。

為此，已有相關文獻提出了雙重移相(Dual- Phase-Shift, DPS)控制和擴展移相(Extend- Phase-Shift, EPS)控制以及三重移相控制方式(Triple-Phase-Shift, TPS)控制策略，即在單移相控制的基礎上，在兩側(cè)有源橋增加本身內(nèi)移相控制，從而減小這段時間間隔。

根據(jù)相關學者分析可知，實際上EPS(或DPS)調(diào)制策略是TPS調(diào)制策略的一個特殊情況。但是，針對TPS控制下的最優(yōu)控制量計算和選取問題，以上文獻均沒有給出詳細的求解方法，而且，所設計的閉環(huán)控制結構常采用固定限幅，當目標值發(fā)生較大突變時，系統(tǒng)動態(tài)特性較差。

針對以上存在的問題，國家電網(wǎng)有限公司、西安交通大學電氣工程學院等單位的研究人員，在分析了三相DAB直流變換器TPS調(diào)制策略下工作特性的基礎上，采用電流有效值優(yōu)化調(diào)制策略，使用多頻分量法表示狀態(tài)變量并應用內(nèi)點法來求解出最優(yōu)的控制變量組;然后，運用二階廣義狀態(tài)空間平均法對三相DAB直流變換器進行建模，基于所采用的電流有效值優(yōu)化調(diào)制策略，提出一種加入優(yōu)化限幅模塊的閉環(huán)控制方法;最后，采用Matlab/Simulink和PLECS聯(lián)合仿真對二階廣義狀態(tài)空間平均模型與有學者提到的SVA-SSA模型進行對比，得出二階廣義狀態(tài)空間平均模型精確性更高的結論。

DAB作為DC-DC變換器夾在整流側(cè)和逆變側(cè)之間,高壓直流側(cè)和低壓直流側(cè)不可避免地都會有整流和逆變帶來的二次紋波,降低輸出電壓質(zhì)量。降低輸出電壓二次紋波最簡單的手段是增大高壓和低壓側(cè)濾波電容,但這樣會增加硬件體積,不符合電力電子變換器小型化、輕量化的發(fā)展方向。拓撲抑制和控制策略抑制是解決該問題的主流手段,但無論是怎樣的拓撲抑制,都會增大硬件體積,成本也會隨之增加。文獻通過拓撲抑制的方式降低紋波,有的增加了電感支路,有的增加了有源濾波器,都使得硬件體積增大。所以,本文選擇控制策略抑制手段來降低輸出電壓二次紋波。

DAB閉環(huán)控制中,控制器多采取PI控制,但是PI控制由于帶寬限制,對交流部分不能實現(xiàn)無靜差跟蹤,PIR控制相較于PI控制,彌補了PI控制在交流信號追蹤上的不足。本文采用PIR控制實現(xiàn)二次紋波從高壓側(cè)到低壓側(cè)的穩(wěn)定傳輸,并通過嚴謹?shù)臄?shù)學推導和合理的仿真驗證,證明了本文所提方法的可行性和合理性。