基于最优效率的双有源桥变换器参数设计优化方法*

doi:10.11985/2022.02.007

电气工程学报 ›› 2022, Vol. 17 ›› Issue (2): 56-64.doi: 10.11985/2022.02.007

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基于最优效率的双有源桥变换器参数设计优化方法^*

全生明¹(), 苏舒¹, 赵楠²(), 李驰², 郑泽东²()

1.国网电动汽车服务有限公司北京 100052
2.清华大学电机工程与应用电子技术系北京 100084

收稿日期:2021-11-30 修回日期:2022-01-20 出版日期:2022-06-25 发布日期:2022-08-08
通讯作者: 郑泽东 E-mail:504132463@qq.com;zhaon_2020@tsinghua.org.cn;zzd@tsinghua.edu.cn
作者简介:全生明,男,1964年生,博士,高级经济师。主要研究方向为输配电工程、电动汽车充换电、新能源与微网。E-mail： 504132463@qq.com
赵楠,男,1991年生,博士。主要研究方向为电力电子与新能源。E-mail： zhaon_2020@tsinghua.org.cn
基金资助:
*国家重点研发计划(2021YFB2501600);国网电动汽车服务有限公司科技(2700/2021-71012B)

Design Method of Dual Active Bridge Based on the Optimum Efficiency

QUAN Shengming¹(), SU Shu¹, ZHAO Nan²(), LI Chi², ZHENG Zedong²()

1. State Grid Electric Vehicle Service Co., Ltd., Beijing 100052
2. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084

Received:2021-11-30 Revised:2022-01-20 Online:2022-06-25 Published:2022-08-08
Contact: ZHENG Zedong E-mail:504132463@qq.com;zhaon_2020@tsinghua.org.cn;zzd@tsinghua.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

V2G作为一种新的分布式储能模式,能够有效参与电网的负荷平抑、峰谷调节,位置灵活且易于产生巨大的经济效益。双有源桥变换器是V2G中重要的组成部分,具有良好的电气隔离、电能变换能力。然而,在V2G这种功率双向、输出电压范围宽、恒功范围宽的工作场合,双有源桥变换器的设计成为了一大难题。提出一种基于最优效率的双有源桥变换器参数设计优化方法,能够综合频率、器件、功率、磁性器件、控制方法、输出电压范围、输入输出电压匹配关系等优化参数,设计出最优效率的双有源桥变换器。

关键词: V2G, 双有源桥变换器, 变换器设计, 参数优化

Abstract:

As a new way of distributed storage system, V2G can effectively realize load stabilization and regulation of power grid, and is easy to produce huge economic benefits. Dual active bridge converter is an important part for V2G, which has good electrical isolation and power conversion ability. However, V2G needs bidirectional power ability, wide output voltage range and wide power range, which complex the design of dual active bridge converter. In this paper, a design method of dual active bridge based on the optimum efficiency is proposed, which can consider all the parameters, such as frequency, device, power, magnetic component, control method, output voltage range and input-output voltage relationship, and obtain the dual active bridge converter with optimal efficiency.

Key words: V2G, dual active bridge, design of dual active bridge, parameter optimum

中图分类号:

TM561

全生明, 苏舒, 赵楠, 李驰, 郑泽东. 基于最优效率的双有源桥变换器参数设计优化方法^*[J]. 电气工程学报, 2022, 17(2): 56-64.

QUAN Shengming, SU Shu, ZHAO Nan, LI Chi, ZHENG Zedong. Design Method of Dual Active Bridge Based on the Optimum Efficiency[J]. Journal of Electrical Engineering, 2022, 17(2): 56-64.

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参考文献 20

[1]	杨昆. 推动实现碳达峰、碳中和,加快构建以新能源为主体的新型电力系统[J]. 中国电业, 2021(5):8-11.
	YANG Kun. Promote the realization of carbon peaking and carbon neutralization,and accelerate the construction of a new power system with new energy[J]. China Electric Power, 2021(5):8-11.
[2]	朱静秋. 新能源汽车的发展前景展望[J]. 时代汽车, 2021(19):103-104.
	ZHU Jingqiu. Prospects for the development of new energy vehicles[J]. New Energy Automobile, 2021(19):103-104.
[3]	杨志强. 基于复合式全桥LLC谐振变换器的充电模块研究与设计[D]. 西安: 西安理工大学, 2019.
	YANG Zhiqiang. Research and design of charging module based on hybrid full bridge LLC resonant converter[D]. Xi’an: Xi’an University of Technology, 2019.
[4]	李练兵, 董德林, 谢朋朋, 等. 基于三电平半桥LLC的充电模块研究与设计[J]. 电源技术, 2019, 43(7):1212-1215,1222.
	LI Lianbing, DONG Delin, XIE Pengpeng, et al. Research and design of charge module based on three-levelhalf-bridge LLC[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2019, 43(7):1212-1215,1222.
[5]	陈盛凯, 杨伟, 徐泽, 等. 考虑电动汽车V2G的分布式电源优化配置[J]. 电力电容器与无功补偿, 2021, 42(5):143-149.
	CHEN Shengkai, YANG Wei, XU Ze, et al. Optimal allocation for distributed generation considering V2G of electric vehicle[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation, 2021, 42(5):143-149.
[6]	李宏玉, 李洪强, 孙钧太, 等. 基于V2G的CLLC无无功环流双向隔离型DC/DC变换器[J]. 国外电子测量技术, 2021, 40(5):126-130.
	LI Hongyu, LI Hongqiang, SUN Juntai, et al. V2G based CLLC reactive circulation bidirectional isolation DC/DC concreter[J]. Foreign Electronic Measurement Technology, 2021, 40(5):126-130.
[7]	张银娟, 王永科. 直流充电桩半桥LLC谐振电路设计[J]. 内燃机与配件, 2021(17):207-208.
	ZHANG Yinjuan, WANG Yongke. Design of LLC resonant circuit of DC charging pile half-bridge[J]. Internal Combustion Engine & Parts, 2021(17):207-208.
[8]	田锐, 凌跃胜, 酉家伟, 等. 直流充电桩后级变换器软启动控制策略研究[J]. 电源技术, 2021, 45(6):809-813.
	TIAN Rui, LING Yuesheng, YOU Jiawei, et al. Soft start of full bridge LLC resonant converter of charging module control strategy research[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2021, 45(6):809-813.
[9]	王成. 充电设备全桥LLC谐振变换器控制策略研究[D]. 北京: 北京建筑大学, 2021.
	WANG Cheng. Research on control strategy of full-bridge LLC resonant converter for charging equipment[D]. Beijing: Beijing University of Civil Engineering and Architecture, 2021.
[10]	韩会山, 毕艳军, 梁舒. 用于双有源桥DC-DC变换器的全局效率最优调制方法[J]. 电子器件, 2021, 44(1):67-71.
	HAN Huishan, BI Yanjun, LIANG Shu. Global efficiency optimal modulation method of double active bridge DC-DC converter[J]. Chinese Journal of Electron Devices, 2021, 44(1):67-71.
[11]	ZHAO N, LIU J, SHI Y, et al. Mode analysis and fault-tolerant method of open-circuit fault for a dual active-bridge DC-DC converter[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2020, 67(8):6916-6926. doi: 10.1109/TIE.2019.2937066
[12]	苏都. 基于三重移相控制的双有源桥变换器性能优化研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2020.
	SU Du. Research on performance optimization of dual active bridge converter based on triple phase shift control[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2020.
[13]	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.
[14]	李彦鹏. 应用于电力电子变压器的全桥隔离型双向DC-DC变换器的研究[D]. 北京: 北方工业大学, 2020.
	LI Yanpeng. Research of full-bridge isolated bidirectional DC-DC converter applied to power electronic transformer[D]. Beijing: North China University of Technology, 2020.
[15]	邓金鑫. 用于直流固态变压器的三相双有源桥式变换器研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2020.
	DENG Jinxin. Research on three-phase dual active bridge converter for DC solid state transformer[D]. Hefei: Hefei University of Technology, 2020.
[16]	张茂强, 王子龙, 汪涛, 等. 基于SiC MOSFET的电力电子变压器双有源桥功率模块设计[J]. 浙江电力, 2019, 38(12):8-14.
	ZHANG Maoqiang, WANG Zilong, WANG Tao, et al. Design of the DAB power module in power electronic transformer based on SiC MOSFET[J]. Zhejiang Electric Power, 2019, 38(12):8-14.
[17]	王仁龙, 杨庆新, 操孙鹏, 等. 一种优化电流应力的双有源桥式DC-DC变换器双重移相调制策略[J]. 电工技术学报, 2021, 36(S1):274-282.
	WANG Renlong, YANG Qingxin, CAO Sunpeng, et al. An optimized dual phase shift modulation strategy for dual active bridge DC-DC converter[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(S1):274-282.
[18]	郭慧敏, 黄珺, 宋桂英, 等. 三电平双有源桥直流变换器的优化调制[J]. 电源技术, 2021, 45(2):245-248.
	GUO Huimin, HUANG Jun, SONG Guiying, et al. Optimal modulation scheme of three-level dual active bridge DC/DC converter[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2021, 45(2):245-248.
[19]	邓和睿, 刘丛伟. 双有源桥式变换器三重移相控制系统的研究[J]. 冶金自动化, 2021, 45(S1):121-126.
	DENG Herui, LIU Congwei. Research on triple phase shift control system of dual active bridge converter[J]. Metallurgical Industry Automation, 2021, 45(S1):121-126.
[20]	WANG S, LI C, YAO R, et al. Novel analysis and optimal modulation scheme of reactive power in isolated dual active bridge DC/DC converter[C]// 2019 21st European Conference on Power Electronics and Applications, 2019:1-8.

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[1]	李春杰, 陈心雨, 黄文新, 赵明伟, 张宏涛. 基于电动汽车V2G技术的多端口集成车载变换器研究^*[J]. 电气工程学报, 2022, 17(1): 56-62.
[2]	俞斌, 谢民, 高博, 孙辉, 丁津津, 张峰, 王鹏, 肖华锋. 变流器交流电流直流成分抑制策略与设计^*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(3): 47-53.
[3]	宋艳艳, 金国光, 畅博彦, 魏展, 李博. 基于综合性能指标的串联变胞机器人冲击性能优化[J]. 机械工程学报, 2021, 57(23): 66-76.
[4]	田勇, 朱泽, 田劲东, 向利娟. 基于LCC-S补偿的电动汽车动态无线充电系统拓扑参数优化[J]. 机械工程学报, 2021, 57(14): 150-159.
[5]	宫岛, 刘广宇, 周劲松, 孙煜, 尤泰文. 动车组车体异常振动问题分析及治理研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(10): 95-105,117.
[6]	孔谅, 周洋, 王敏, 李芳, 华学明. TA2薄板电弧辅助激光高速焊接的焊缝成形稳定性[J]. 机械工程学报, 2021, 57(10): 137-147.
[7]	李冰岩, 刘荣强, 从强, 郭宏伟, 林秋红, 邓宗全. 基于豆荚杆的三棱柱式可展开薄膜支撑臂设计与优化[J]. 机械工程学报, 2020, 56(7): 35-43.
[8]	赵雄, 郑联语, 樊伟, 余路. 实时振动数据驱动的薄壁件平铣工艺参数自适应优化[J]. 机械工程学报, 2020, 56(23): 172-184.
[9]	陈妮, 闫博, 袁媛, 李亮, 何宁. 微铣刀参数化设计系统研究[J]. 机械工程学报, 2020, 56(23): 185-192.
[10]	刘丰嘉, 唐兆, 张建军. 机车车辆端部结构拓扑-参数一体化优化方法[J]. 机械工程学报, 2020, 56(20): 134-145.
[11]	高明星, 刘荣强, 李冰岩, 郭宏伟, 邓宗全. 空间可展开三棱柱伸展臂设计与优化[J]. 机械工程学报, 2020, 56(15): 129-137.
[12]	陈鲲, 茆志伟, 张进杰, 江志农. 基于和声搜索优化栈式自编码器的柴油发动机故障诊断[J]. 机械工程学报, 2020, 56(11): 132-140.
[13]	沈佳兴, 徐平, 于英华, 郑思贤. BFPC机床龙门框架组件优化设计及综合性能分析[J]. 机械工程学报, 2019, 55(9): 127-135.
[14]	郑阳, 周进节, 张宗健, 谭继东. 电磁超声检测频率自适应优化方法研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(14): 11-18.
[15]	侯文擎, 叶鸣, 李巍华. 基于改进堆叠降噪自编码的滚动轴承故障分类[J]. 机械工程学报, 2018, 54(7): 87-96.