本發(fā)明屬于共模干擾抑制，更具體地，涉及偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置、零共模調(diào)制方法、裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、雙有源橋變換器由于高效率、高功率密度、電氣隔離、雙向能量傳輸、易于實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)等特點(diǎn)，在儲(chǔ)能系統(tǒng)，直流微網(wǎng)，電動(dòng)汽車等諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。雙有源橋變換器具有模塊化特性，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，采用不同的串并聯(lián)形式：串聯(lián)輸入串聯(lián)輸出系統(tǒng)適用于輸入電壓和輸出電壓高的場(chǎng)合；串聯(lián)輸入并聯(lián)輸出系統(tǒng)適用于輸入電壓高且輸出電壓低的場(chǎng)合；并聯(lián)輸入并聯(lián)輸出系統(tǒng)適用于輸出電壓低而電流大的場(chǎng)合；并聯(lián)輸入串聯(lián)輸出系統(tǒng)適用于輸入電壓低而輸出電壓高的場(chǎng)合。通過(guò)合理設(shè)計(jì)雙有源橋變換器的串并聯(lián)形式，能有效降低器件應(yīng)力、簡(jiǎn)化電熱設(shè)計(jì)并提高系統(tǒng)可靠性。

2、但是隨著功率密度與效率的提升，雙有源橋變換器的電磁干擾問題變得更加嚴(yán)重。一方面，隨著寬帶隙半導(dǎo)體的發(fā)展，碳化硅器件逐漸取代硅器件，開關(guān)頻率越來(lái)越高，導(dǎo)致電磁干擾的噪聲源惡化。另一方面，雙有源橋變換器采用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離。高頻變壓器緊湊的繞組結(jié)構(gòu)導(dǎo)致繞組間存在較大寄生電容，從而惡化干擾傳導(dǎo)路徑，產(chǎn)生嚴(yán)重的共模干擾。共模干擾會(huì)沿線纜傳播，惡化系統(tǒng)可靠性。

3、為了提高電磁兼容性并滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如do160或mil-std-461g)，必須抑制雙有源橋變換器的共模干擾。共模干擾的抑制方法主要分為干擾路徑優(yōu)化與干擾源優(yōu)化。干擾路徑優(yōu)化分為三類：電磁干擾濾波器、屏蔽以及漏電流路徑優(yōu)化。無(wú)源濾波器是實(shí)際應(yīng)用中使用最廣泛的技術(shù)，然而，無(wú)源濾波器體積大、重量重，降低了整個(gè)系統(tǒng)的功率密度；有源濾波器采用集成放大電路采樣干擾信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)償，能有效提高功率密度，但是其高頻抑制效果不佳。屏蔽是減輕變壓器共模干擾的常用技術(shù)，但屏蔽也會(huì)不可避免地會(huì)增加變壓器損耗和成本。此外通過(guò)優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也能改善共模干擾，通過(guò)耦合對(duì)稱電感可實(shí)現(xiàn)的零共模，但是該方法僅適用于單相移調(diào)制，限制了調(diào)制自由度。干擾源優(yōu)化主要分為擴(kuò)頻調(diào)制和脈沖對(duì)消調(diào)制。擴(kuò)頻調(diào)制通過(guò)周期性調(diào)整開關(guān)頻率，將窄帶諧波能量分散到更寬的頻譜范圍，從而降低電磁干擾尖峰，但開關(guān)頻率變化引起的功率波動(dòng)會(huì)使控制算法更加復(fù)雜。脈沖對(duì)消則通過(guò)優(yōu)化開關(guān)脈沖時(shí)序?qū)崿F(xiàn)共模電壓抵消，但是，脈沖對(duì)消對(duì)電路拓?fù)涮岢隽烁叩囊?，僅適用于多模塊系統(tǒng)。此外，脈沖對(duì)消，需要對(duì)應(yīng)橋臂的開關(guān)信號(hào)互補(bǔ)，從而導(dǎo)致不同模塊間的功率耦合，使得功率平衡難以實(shí)現(xiàn)，功率不平衡將導(dǎo)致部分期間過(guò)壓過(guò)流，影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置、零共模調(diào)制方法、裝置及系統(tǒng)，其目的在于，有效解決多模塊的雙有源橋變換器裝置的共模干擾抑制問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置，包括：2n個(gè)雙有源橋變換器；

3、雙有源橋變換器中原邊雙有源橋與隔離變壓器之間設(shè)置有對(duì)稱耦合移相電感；

4、對(duì)稱耦合移相電感包括兩個(gè)電感，分別設(shè)置在原邊雙有源橋的兩個(gè)橋臂中點(diǎn)與隔離變壓器之間；兩個(gè)電感的繞組同名端反向，兩個(gè)電感自感相等，且串聯(lián)等效電感為lph；

5、其中，n為正整數(shù)，lph為預(yù)設(shè)的原、副邊移相電感值。

6、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了上述偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置的零共模調(diào)制方法，包括：

7、將偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置中的2n個(gè)雙有源橋變換器均勻劃分n組變換器；；每一組變換器中，兩個(gè)雙有源橋變換器分別記為第一變換器和第二變換器，第一變換器中原邊的兩個(gè)橋臂分別記為a1、b1，副邊的兩個(gè)橋臂分別記為c1、d1，第二變換器中原邊的兩個(gè)橋臂分別記為a2、b2，副邊的兩個(gè)橋臂分別記為c2、d2；

8、對(duì)于每一組變換器，分別執(zhí)行功率平衡的零共模調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置的零共模調(diào)制；

9、功率平衡的零共模調(diào)制包括：

10、在滿足輸出功率要求的情況下，控制橋臂a1與a2的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，并控制橋臂a1、b1間的內(nèi)移相比d1_1與橋臂a2、b2間的內(nèi)移相比d1_2相等；在滿足橋臂c1、d1的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，且橋臂c2、d2的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)的情況下，調(diào)節(jié)橋臂a1、c1間的外移相比d0_1和橋臂a2、c2間的外移相比d0_2，使第一變換器和第二變換器的功率相等。

11、進(jìn)一步地，內(nèi)移相比d1_1和d1_2，以及外移相比d0_1和d0_2的確定方式包括：

12、確定輸出功率標(biāo)幺值p*，并計(jì)算電壓轉(zhuǎn)換變比k；

13、從預(yù)先建立的最優(yōu)移相查找表中查找p*、k對(duì)應(yīng)的外移相比d0和內(nèi)移相比d1；最優(yōu)移相查找表記錄了每一個(gè)輸出功率標(biāo)幺值、電壓轉(zhuǎn)換比組合下，可滿足預(yù)設(shè)條件的所有內(nèi)移相比、外移相比組合；預(yù)設(shè)條件包括：輸出功率標(biāo)幺值與內(nèi)移相比、外移相比間的大小關(guān)系，軟開關(guān)邊界條件，內(nèi)移相比d1的設(shè)置能抑制直流側(cè)紋波；

14、將內(nèi)移相比d1_1和d1_2均賦值為d1；

15、確定外移相比的控制誤差δd0，并分別獲得輸出功率標(biāo)幺值p*相對(duì)于第一變換器當(dāng)前的外移相比的偏導(dǎo)值的符號(hào)，以及輸出功率標(biāo)幺值p*相對(duì)于第二變換器當(dāng)前的外移相比的偏導(dǎo)值的符號(hào)，分別記為第一符號(hào)和第二符號(hào)；

16、為δd0賦上第一符號(hào)，得到δd0'，將外移相比d0_1賦值為d0-δd0'；為δd0賦上第二符號(hào)，得到δd0”，將外移相比d0_2賦值為d0+δd0”。

17、進(jìn)一步地，最優(yōu)移相查找表的建立方式包括：

18、在(0,1)的范圍內(nèi)選取輸出功率標(biāo)幺值p*，并在(0,1.5)的范圍內(nèi)選取電壓轉(zhuǎn)換變比k，得到多個(gè)工作點(diǎn)；每個(gè)工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出功率標(biāo)幺值和電壓轉(zhuǎn)換變比的組合；

19、對(duì)于每一個(gè)工作點(diǎn)(p*,k)，求解滿足輸出功率標(biāo)幺值p*與內(nèi)移相比d1、外移相比d0間的大小關(guān)系的內(nèi)移相比、外移相比組合，得到工作點(diǎn)(p*,k)對(duì)應(yīng)的移相比集合u1；

20、從工作點(diǎn)(p*,k)對(duì)應(yīng)的移相比集合u1中篩選出滿足軟開關(guān)邊界條件的內(nèi)移相比、外移相比組合，得到工作點(diǎn)(p*,k)對(duì)應(yīng)的移相比集合u2；

21、從工作點(diǎn)(p*,k)對(duì)應(yīng)的移相比集合u2中篩選出滿足d1＝l/m的內(nèi)移相比、外移相比組合，得到工作點(diǎn)(p*,k)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)移相比集合；

22、將各工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)移相比集合記錄到最優(yōu)移相比查找表，完成最優(yōu)移相查找表的建立；

23、其中，l為正的奇數(shù)，m為目標(biāo)諧波頻率相對(duì)于開關(guān)頻率的倍數(shù)或者階數(shù)。

24、進(jìn)一步地，將各工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)移相比集合記錄到最優(yōu)移相比查找表之前，還包括：

25、對(duì)于每一個(gè)工作點(diǎn)，確定其所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)移相比集合中內(nèi)移相比取值最小的內(nèi)移相比、外移相比組合，并將其余內(nèi)移相比、外移相比組合從該最優(yōu)移相比集合中刪除。

26、進(jìn)一步地，確定輸出功率標(biāo)幺值p*，包括：

27、將輸出電壓指令值uo*與第一變換器或第二變換器的輸出電壓uo作差后進(jìn)行pi控制，得到輸出功率標(biāo)幺值p*。

28、進(jìn)一步地，確定外移相比的控制誤差δd0，包括：

29、若第一變換器與第二變換器的輸入串聯(lián)，則將輸入電壓指令值ui_ave與第一變換器輸入電壓ui1作差后進(jìn)行pi控制，得到外移相比的控制誤差δd0；

30、若第一變換器與第二變換器的輸入并聯(lián)且輸出并聯(lián)，則將輸入電流平均值ii_ave與第一變換器的輸入電流ii1作差后進(jìn)行pi控制，得到外移相比的控制誤差δd0，或者將輸出電流平均值io_ave與第一變換器的輸出電流io1作差后進(jìn)行pi控制，得到外移相比的控制誤差δd0；

31、若第一變換器與第二變換器的輸入并聯(lián)且輸出串聯(lián)，則將輸入電流平均值ii_ave與第一變換器的輸入電流ii1作差后進(jìn)行pi控制，得到外移相比的控制誤差δd0，或者將輸出電壓平均值uo_ave與第一變換器的輸出電壓uo1作差后進(jìn)行pi控制，得到外移相比的控制誤差δd0。

32、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了上述偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置的零共模調(diào)制裝置，包括：控制模塊和n個(gè)調(diào)制模塊；

33、控制模塊，用于將偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置中的2n個(gè)雙有源橋變換器均勻劃分n組變換器；每一組變換器中，兩個(gè)雙有源橋變換器分別記為第一變換器和第二變換器，第一變換器中原邊的兩個(gè)橋臂分別記為a1、b1，副邊的兩個(gè)橋臂分別記為c1、d1，第二變換器中原邊的兩個(gè)橋臂分別記為a2、b2，副邊的兩個(gè)橋臂分別記為c2、d2；

34、n個(gè)調(diào)制模塊分別用于對(duì)n組變換器執(zhí)行功率平衡的零共模調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置的零共模調(diào)制；

35、調(diào)制模塊包括：

36、第一控制環(huán)路，用于確定輸出功率標(biāo)幺值p*，并計(jì)算電壓轉(zhuǎn)換變比k；

37、查表單元，其輸入端與第一控制環(huán)路的輸出端相連，用于從預(yù)先建立的最優(yōu)移相查找表中查找p*、k對(duì)應(yīng)的外移相比d0和內(nèi)移相比d1；最優(yōu)移相查找表記錄了每一個(gè)輸出功率標(biāo)幺值、電壓轉(zhuǎn)換比組合下，可滿足預(yù)設(shè)條件的所有內(nèi)移相比、外移相比組合；預(yù)設(shè)條件包括：輸出功率標(biāo)幺值與內(nèi)移相比、外移相比間的大小關(guān)系，軟開關(guān)邊界條件，能抑制直流側(cè)紋波；

38、第二控制環(huán)路，用于確定外移相比的控制誤差δd0，并分別獲得輸出功率標(biāo)幺值p*相對(duì)于第一變換器當(dāng)前的外移相比的偏導(dǎo)值的符號(hào)，以及輸出功率標(biāo)幺值p*相對(duì)于第二變換器當(dāng)前的外移相比的偏導(dǎo)值的符號(hào)，分別記為第一符號(hào)和第二符號(hào)；

39、以及移相比確定單元，其第一輸入端與查表單元的輸出端相連，其第二輸入端與第二控制環(huán)路的輸出端相連，其用于執(zhí)行以下操作：

40、將橋臂a1、b1間的內(nèi)移相比d1_1與橋臂a2、b2間的內(nèi)移相比d1_2均賦值為d1；

41、為δd0賦上第一符號(hào)，得到δd0'，將橋臂a1、c1間的外移相比d0_1賦值為d0-δd0'；

42、為δd0賦上第二符號(hào)，得到δd0”，將橋臂a2、c2間的外移相比d0_2賦值為d0+δd0”。

43、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器系統(tǒng)，包括：本發(fā)明提供的上述偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置、本發(fā)明提供的上述零共模調(diào)制裝置以及驅(qū)動(dòng)器；

44、驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)零共模調(diào)制裝置確定的內(nèi)移相比及外移相比生成各變換器的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并施加給相應(yīng)的變換器。

45、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，能夠取得以下有益效果：

46、(1)本發(fā)明提供的偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置，其中的每個(gè)雙有源橋變換器中的原邊全橋均通過(guò)對(duì)稱耦合移相電感與隔離變壓器之間，對(duì)稱耦合移相電感中的兩個(gè)電感繞組的分別設(shè)置在原邊雙有源橋的兩個(gè)橋臂中點(diǎn)與隔離變壓器之間，兩個(gè)電感的繞組自感相等且串聯(lián)等效電感為lph，從而稱耦合移相電感的電感值與預(yù)設(shè)的移相電感值相等，不影響功率輸出；又由于兩個(gè)電感的繞組同名端反向，兩個(gè)電感繞組的等效電壓源互補(bǔ)，對(duì)于共?；芈范?，兩個(gè)電感繞組所產(chǎn)生的共模激勵(lì)相互抵消，從而電感對(duì)共模電壓的激勵(lì)被消除，有效減小了雙有源橋變換器的共模干擾。同時(shí)，本發(fā)明中雙有源橋變換器的數(shù)量為偶數(shù)，可通過(guò)兩兩分組的方式進(jìn)行調(diào)制，在保證功率平衡的情況下實(shí)現(xiàn)零共模調(diào)制。

47、(2)本發(fā)明提供的零共模調(diào)制方法，將偶數(shù)模塊的雙有源橋變換器裝置中的雙有源橋變換器兩兩劃分為一組，對(duì)于每一組變換器，在滿足輸出功率要求的情況下，控制橋臂a1與a2的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，并控制橋臂a1、b1間的內(nèi)移相比d1_1與橋臂a2、b2間的內(nèi)移相比d1_2相等，并控制橋臂c1、d1的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，且橋臂c2、d2的開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)互補(bǔ)，由此可以使得組內(nèi)的兩個(gè)變換器均實(shí)現(xiàn)零共模調(diào)制，在此基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)橋臂a1、c1間的外移相比d0_1和橋臂a2、c2間的外移相比d0_2，使第一變換器和第二變換器的功率相等，由此可以在實(shí)現(xiàn)零共模調(diào)制的同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率平衡。

48、(3)本發(fā)明提供的零共模調(diào)制方法，在其優(yōu)選方案中，預(yù)先建立用于記錄每個(gè)工作點(diǎn)，即輸出功率標(biāo)幺值和電壓轉(zhuǎn)換變比組合對(duì)應(yīng)的內(nèi)移相比、外移相比組合，這些內(nèi)移相比、外移相比組合同時(shí)滿足輸出功率標(biāo)幺值與內(nèi)移相比、外移相比間的大小關(guān)系，軟開關(guān)邊界條件，內(nèi)移相比d1的設(shè)置能抑制直流側(cè)紋波；在實(shí)際調(diào)制過(guò)程中，確定輸出功率標(biāo)幺值p*和電壓轉(zhuǎn)換變比k后，通過(guò)查表的方式確定最優(yōu)的內(nèi)移相比、外移相比組合，并以此為基礎(chǔ)確定組內(nèi)各變換器的內(nèi)移相比和外移相比，由此可以在實(shí)現(xiàn)零共模調(diào)制的同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率平衡，并有效抑制直流側(cè)紋波。

49、(4)本發(fā)明提供的零共模調(diào)制方法，在其優(yōu)選方案中，建立最優(yōu)移相查找表時(shí)，僅保留直流側(cè)紋波抑制作用最明顯的內(nèi)移相比、外移相比組合，由此可以在移相調(diào)制過(guò)程中最大程度上抑制直流側(cè)紋波。