Optimization Method of Current Stress and Backflow Power of DAB Converter Based on Dynamic Matrix Control

Xiangzhen YANG; Linghao KONG; Yan DU; Jianhui SU

doi:10.7500/AEPS20201215009

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Optimization Method of Current Stress and Backflow Power of DAB Converter Based on Dynamic Matrix Control

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Optimization Method of Current Stress and Backflow Power of DAB Converter Based on Dynamic Matrix Control
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 17, Pages: 153-160(2021)
- 作者机构：
  
  1.合肥工业大学电气与自动化工程学院，安徽省合肥市 230009
  2.光伏系统教育部工程研究中心（合肥工业大学），安徽省合肥市230009
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20201215009
  CLC：
- Received：15 December 2020，
  
  Revised：2021-04-14，
  
  Published Online：06 July 2020，
  
  Published：10 September 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
杨向真,孔令浩,杜燕等.基于动态矩阵控制的DAB变换器电流应力与回流功率优化方法[J].电力系统自动化,2021,45(17):153-160.

YANG Xiangzhen,KONG Linghao,DU Yan,et al.Optimization Method of Current Stress and Backflow Power of DAB Converter Based on Dynamic Matrix Control[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(17):153-160.
杨向真,孔令浩,杜燕等.基于动态矩阵控制的DAB变换器电流应力与回流功率优化方法[J].电力系统自动化,2021,45(17):153-160. DOI： 10.7500/AEPS20201215009.

YANG Xiangzhen,KONG Linghao,DU Yan,et al.Optimization Method of Current Stress and Backflow Power of DAB Converter Based on Dynamic Matrix Control[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(17):153-160. DOI： 10.7500/AEPS20201215009.

摘要

针对双重移相控制的双有源桥(DAB)变换器存在的电流应力和回流功率问题，建立了电流应力和回流功率的权重优化函数，其设计原则为保证电流应力抑制效果并同时减小回流功率。分析了权重因子的优化选取过程，从而获取2种工作模式下DAB变换器的内、外移相比。为了改善DAB变换器输出电压的动态响应性能，提高负载适应性和鲁棒性，提出了基于动态矩阵控制的电压预测控制方法。最后，结合StarSim实时仿真机和DSP芯片搭建了DAB变换器的半实物实验平台，实验结果验证了所提控制策略在提高DAB变换器电压动态响应性能、抑制电流应力和减小回流功率方面的有效性和正确性。

Abstract

Aiming at the current stress and the backflow power problems of dual active bridge (DAB) converters with dual-phase-shift control

this paper establishes the weight optimization function of the current stress and the backflow power. Its design principle is to ensure the current stress suppression effect and reduce the backflow power at the same time. The optimization selection process of the weighting factor is analyzed to obtain the inner and outer phase-shift ratio of the DAB converter in two working modes. In order to improve the dynamic response performance of the output voltage of the DAB converter and improve the load adaptability and robustness

this paper proposes a voltage predictive control method based on dynamic matrix control (DMC). Finally

by combining the StarSim real-time simulator and DSP chip

a half-physical experimental platform for the DAB converter is built. The experimental results verify the effectiveness and correctness of the proposed control strategy in improving the dynamic response performance of the DAB converter voltage

suppressing the current stress and reducing the backflow power.

关键词

Keywords

references

HOU N ， LI Y W . Overview and comparison of modulation and control strategies for a nonresonant single-phase dual-active-bridge DC-DC converter ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 3 ）： 3148 - 3172 .

赵彪，安峰，宋强，等 . 双有源桥式直流变压器发展与应用［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 1 ）： 288 - 298 .

ZHAO Biao ， AN Feng ， SONG Qiang ， et al . Development and application of DC transformer based on dual-active-bridge ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 1 ）： 288 - 298 .

WANG Y ， ZHENG Z D ， LI Y D . DAB-based PET in MVDC traction and shipboard applications with distribution and redundant control ［J］. The Journal of Engineering ， 2019 （ 16 ）： 3209 - 3213 .

管敏渊，沈建良，楼平 . 基于模块化双有源桥变流器的直流变电站设计方案［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 14 ）： 172 - 178 .

GUAN Minyuan ， SHEN Jianliang ， LOU Ping . Design scheme of DC substation based on modular dual-active-bridge converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 14 ）： 172 - 178 .

付永升，李静，胡文婷，等 . 不平衡负载下车载三相四线双向充电器中线桥臂控制与软启动设计［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 24 ）： 5176 - 5188 .

FU Yongsheng ， LI Jing ， HU Wenting ， et al . Neutral leg control and soft-start design of 3-phase 4-wire on-board bidirectional charger under imbalance load condition ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 24 ）： 5176 - 5188 .

涂春鸣，管亮，肖凡，等 . 基于扩展移相控制下双有源桥移相角优化选取与分析［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 4 ）： 850 - 861 .

TU Chunming ， GUAN Liang ， XIAO Fan ， et al . Parameter optimization selection and analysis of dual active bridge based on extended phase shift control ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 850 - 861 .

胡燕，张宇，张天晖，等 . 考虑不同软开关模式的双有源桥变换器电流应力优化方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 23 ）： 58 - 64 .

HU Yan ， ZHANG Yu ， ZHANG Tianhui ， et al . Optimization method of current stress for dual active bridge converter considering different soft switching modes ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 23 ）： 58 - 64 .

安峰，宋文胜，杨柯欣 . 基于扩展相移的双有源全桥DC-DC变换器多目标优化控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 3 ）： 822 - 831 .

AN Feng ， SONG Wensheng ， YANG Kexin . Multi-objective optimization control scheme based on extended phase-shift of dual-active-bridge DC-DC converters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 3 ）： 822 - 831 .

AN F ， SONG W S ， YU B ， et al . Model predictive control with power self-balancing of the output parallel DAB DC-DC converters in power electronic traction transformer ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2018 ， 6 （ 4 ）： 1806 - 1818 .

GU Q ， YUAN L Q ， NIE J T ， et al . Current stress minimization of dual-active-bridge DC-DC converter within the whole operating range ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2019 ， 7 （ 1 ）： 129 - 142 .

BHATTACHARJEE A K ， BATARSEH I . Optimum hybrid modulation for improvement of efficiency over wide operating range for triple-phase-shift dual-active-bridge converter ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 5 ）： 4804 - 4818 .

SHI H C ， WEN H Q ， CHEN J ， et al . Minimum-backflow-power scheme of DAB-based solid-state transformer with extended-phase-shift control ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2018 ， 54 （ 4 ）： 3483 - 3496 .

金莉，刘邦银，段善旭 . 三电平双有源全桥DC-DC变换器回流功率最小的移相控制［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （ 24 ）： 5864 - 5873 .

JIN Li ， LIU Bangyin ， DUAN Shanxu . Minimum reflux power strategy of three-level dual active bridge DC-DC converter with phase shift control ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ 24 ）： 5864 - 5873 .

侯聂，宋文胜，武明义 . 双向全桥DC-DC变换器的负载电流前馈控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2478 - 2485 .

HOU Nie ， SONG Wensheng ， WU Mingyi . A load current feedforward control scheme of dual active bridge DC-DC converters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2478 - 2485 .

侯聂，宋文胜，武明义 . 全桥隔离DC/DC变换器的直接功率控制方法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 17 ）： 204 - 209 .

HOU Nie ， SONG Wensheng ， WU Mingyi . Direct power control scheme of full-bridge isolated DC/DC converters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 17 ）： 204 - 209 .

SONG W S ， HOU N ， WU M Y . Virtual direct power control scheme of dual active bridge DC-DC converters for fast dynamic response ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 1750 - 1759 .

周兵凯，杨晓峰，张智，等 . 能量路由器中双有源桥直流变换器多目标优化控制策略［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 14 ）： 3030 - 3040 .

ZHOU Bingkai ， YANG Xiaofeng ， ZHANG Zhi ， et al . Multi-objective optimization control strategy of dual-active-bridge DC-DC converter in electric energy router application ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 14 ）： 3030 - 3040 .

张佳劲，王学梅，张波，等 . 基于动态矩阵控制的双有源桥变换器的动态特性研究［J］. 电工电能新技术， 2019 ， 38 （ 8 ）： 27 - 35 .

ZHANG Jiajin ， WANG Xuemei ， ZHANG Bo ， et al . Dynamic characteristics of dual active bridge converter based on dynamic matrix control ［J］. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy ， 2019 ， 38 （ 8 ）： 27 - 35 .

ZHANG Q F ， LI H . MOEA/D： a multiobjective evolutionary algorithm based on decomposition ［J］. IEEE Transactions on Evolutionary Computation ， 2007 ， 11 （ 6 ）： 712 - 731 .

胡运权 . 运筹学基础及应用［M］. 4版 . 北京：高等教育出版社， 2004 .

HU Yunquan . Fundamentals and application of operations research ［M］. 4th ed . Beijing ： Higher Education Press ， 2004 .

CHEN Q ， ZHENG S ， GE M ， et al . Application of improved dynamic matrix control algorithm to fermentation temperature control ［J］. Journal of Computer Applications ， 2010 ， 30 （ 10 ）： 2850 - 2852 .

席裕庚 . 预测控制［M］. 2版 . 北京：国防工业出版社， 2013 .

XI Yugeng . Predictive control ［M］. 2nd ed . Beijing ： National Defense Industry Press ， 2013 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Current Optimal Control Strategy for DC Transformer with Modular Multilevel Structure and Series-connected Switches

Secondary Frequency Regulation Strategy for Microgrid Adopting Adaptive Online Model Identification

Coordination Control Strategy for Energy Flow Inside Power Electronic Transformer

High-frequency Current Fluctuation Suppression Strategy for Isolation Stage of Cascaded H-Bridge Based Power Electronic Transformer

Related Author

Yan DU

ZHU Xuhao

LI Rongguan

CHEN Wu

HU Renjie

Xiangzhen YANG

Qiuqiang YANG

Yan DU

Related Institution

School of Electrical Engineering, Southeast University

Research Center for Photovoltaic System Engineering of Ministry of Education

School of Electrical Engineering, Beijing Jiaotong University

College of Automation, Chongqing University of Posts &Telecommunications

Key Laboratory of Power Electronics and Electric Drive, Chinese Academy of Sciences (Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences)

⁰