考虑死区效应的双有源桥直流变压器损耗优化

汪涛; 骆仁松; 张茂强; 黄樟坚; 王子龙; 李响

doi:10.7500/AEPS20220802004

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考虑死区效应的双有源桥直流变压器损耗优化

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑死区效应的双有源桥直流变压器损耗优化
- Loss Optimization of DC Transformer Based on Dual Active Bridge Considering Dead-zone Effect
- 电力系统自动化 2023年47卷第6期页码：197-205
- 作者机构：
  
  南京南瑞继保电气有限公司，江苏省南京市 211102
- 作者简介：
  
  汪涛(1981—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：柔性直流输电、柔性交流输电。E-mail：wangtao@nrec.com
  骆仁松(1992—)，男，通信作者，硕士，工程师，主要研究方向：大功率电力电子变换器的设计与优化。E-mail：luors@nrec.com
  张茂强(1984—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：大功率电力电子变换器的设计与优化。E-mail：zhangmq@nrec.com
- 基金信息：
  
  国家电网公司总部科技项目(5108-202218280A-2-320-XG)
- DOI：10.7500/AEPS20220802004
  中图分类号：
- 收稿：2022-08-02，
  
  修回：2022-11-17，
  
  网络出版：2022-12-12，
  
  纸质出版：2023-03-25
- 稿件说明：
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汪涛,骆仁松,张茂强等.考虑死区效应的双有源桥直流变压器损耗优化[J].电力系统自动化,2023,47(6):197-205.

WANG Tao,LUO Rensong,ZHANG Maoqiang,et al.Loss Optimization of DC Transformer Based on Dual Active Bridge Considering Dead-zone Effect[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(6):197-205.
汪涛,骆仁松,张茂强等.考虑死区效应的双有源桥直流变压器损耗优化[J].电力系统自动化,2023,47(6):197-205. DOI： 10.7500/AEPS20220802004.

WANG Tao,LUO Rensong,ZHANG Maoqiang,et al.Loss Optimization of DC Transformer Based on Dual Active Bridge Considering Dead-zone Effect[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(6):197-205. DOI： 10.7500/AEPS20220802004.

摘要

死区效应导致双有源桥(DAB)变换器的功率传输特性及零电压开通运行范围偏离理想模型，建立考虑死区效应的稳态模型对DAB优化控制具有重要意义。文中详细分析了死区中的电路模态以及模态间的转换过程，提出基于状态机的死区计算模型，实现了SiC MOSFET不完全零电压开通现象的定量分析。提出基于离散时间序列方法的DAB稳态计算模型，降低了建模复杂性，实现了三重移相控制下死区状态的准确计算。受益于DAB稳态模型的计算速度，基于参数遍历优化方法实现2 kV/150 kW直流变压器模块的全工况损耗最优控制。采用3.3 kV碳化硅器件搭建了150 kW直流变压器模块样机，在损耗最优控制策略下10%至100%功率范围内的效率大于98.0%，峰值效率达到99.3%。

Abstract

The dead-zone effect leads to the power transmission characteristics and the operating range of zero-voltage switching of dual active bridge (DAB) converters deviating from the ideal model

so it is of great significance to establish a steady-state model considering the dead-zone effect for optimal control of DAB converters. In this paper

the circuit modes in the dead-zone and the transition process between the modes are analyzed in detail

and the dead-zone calculation model based on the state machine is proposed to realize the quantitative analysis of the incomplete zero-voltage switching phenomenon of SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (SiC MOSFET). A steady-state calculation model of the DAB converter based on the discrete-time series method is proposed

which reduces the modeling complexity and realizes the accurate calculation of dead-zone state under the control of triple phase shift. Benefiting from the calculation speed of the DAB steady-state calculation model

the optimal loss control of the 2 kV/150 kW DC transformer module is realized under all the working conditions by the parameters scanning optimization method. The 150 kW DC transformer module prototype is built based on 3.3 kV SiC devices

whose efficiency in the power range from 10% to 100% is higher than 98.0% with the optimal loss control strategy

and the peak efficiency reaches 99.3%.

关键词

Keywords

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