1. ?設計需求分析
->?功率等級：2.4kW，適用(yong)于配套1~2度電的便攜儲(chu)能系統。
->?輸入電壓范圍：16串的磷酸(suan)鐵鋰電池，電池范圍44.8V~57.6V。
->?輸出電壓：單相220V AC，頻率50Hz。
->?離網網要求：具備低諧波失真（THD<5%）。
->?可AC充電：具備高PF（>99%）,低諧波（THDi<5%）。
2. ?拓撲結構選擇
移相全橋+逆變器全橋：移(yi)相(xiang)全(quan)(quan)(quan)橋(qiao)能(neng)夠有比較寬的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓增益調整(zheng)率(lv)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)輸(shu)入電(dian)(dian)(dian)池(chi)全(quan)(quan)(quan)范圍電(dian)(dian)(dian)壓的(de)(de)雙(shuang)向充(chong)(chong)放電(dian)(dian)(dian)，為了更好的(de)(de)開(kai)關特性在移(yi)相(xiang)全(quan)(quan)(quan)橋(qiao)高壓側加入了諧振(zhen)電(dian)(dian)(dian)感跟電(dian)(dian)(dian)容；逆(ni)變器全(quan)(quan)(quan)橋(qiao)在電(dian)(dian)(dian)池(chi)放電(dian)(dian)(dian)輸(shu)出時能(neng)夠逆(ni)變輸(shu)出離網(wang)交流電(dian)(dian)(dian)，在電(dian)(dian)(dian)池(chi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)時又能(neng)實(shi)現(xian)PFC整(zheng)流；因此選擇移(yi)相(xiang)全(quan)(quan)(quan)橋(qiao)+逆(ni)變器全(quan)(quan)(quan)橋(qiao)的(de)(de)拓(tuo)撲架構(gou)能(neng)夠實(shi)現(xian)雙(shuang)向逆(ni)變整(zheng)流的(de)(de)功能(neng)。
3. ?控制策略
- PSFB驅動：采用移相全橋驅動，實現DC輸入側的寬范圍全電壓工作。
- PWM調制：采用正弦脈寬調制（SPWM）生成高質量的正弦波。
- 逆變雙環控制：采用電流內環和電壓外環的雙閉環控制策略，實現精確的功率輸出。
- PFC無橋整流：整流采用PFC控制，保證輸入電流PF值大于99%，電流諧波小于5%。
- DC雙環競爭控制：電池電壓和電流環競爭控制，確保電池充電安全可靠。
4. ?放電控制實現
A ->PSFB閉環實現
移(yi)相全(quan)橋由(you)4個開關(guan)管（Q1-Q4）組成(cheng)H橋，搭(da)配高頻變壓(ya)器、輸出整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)（如全(quan)波整(zheng)流(liu)或同步整(zheng)流(liu)）和(he)LC濾波電(dian)路(lu)。Q1 & Q2（超(chao)前臂(bei)）為一(yi)組，Q3 & Q4（滯后臂(bei)）為另一(yi)組。兩(liang)組開關(guan)管以50%占空比互補(bu)導通，通過移(yi)相控(kong)制(zhi)調(diao)節兩(liang)組之間的相位差（φ）,改變加(jia)在變壓(ya)器兩(liang)邊的電(dian)平占空比，實(shi)現(xian)了輸出電(dian)壓(ya)的可控(kong)調(diao)整(zheng)。
--->搭建PSFB驅動如下：
注-->fs為(wei)(wei)驅(qu)動頻率；θ為(wei)(wei)移相(xiang)角度(du)；Dt為(wei)(wei)橋(qiao)臂(bei)上下管驅(qu)動死(si)區(qu)；En為(wei)(wei)驅(qu)動模塊(kuai)使(shi)能控制； F1、F2為(wei)(wei)超(chao)橋(qiao)臂(bei)上下管驅(qu)動；B1、B2為(wei)(wei)滯后臂(bei)上下管驅(qu)動；
--->驅動模塊測試：
通過給定移相角度為0、30°、90°，測試超(chao)前臂和滯(zhi)后(hou)臂的移相控制；
--->搭建PSFB閉環升壓控制：
控(kong)制框架如下：使用PI控(kong)制器，將母線電(dian)壓環輸出轉換成移相全橋控(kong)制的移相角度，實現(xian)母線電(dian)壓穩定控(kong)制到350V；
PSFB閉環系統如下：
仿真結果如下：
B->逆變離網實現
逆變控(kong)制框架如下：通過PI控(kong)制將逆變電壓外環(huan)輸出轉(zhuan)化為內環(huan)電流給(gei)定，內環(huan)電流環(huan)在進行(xing)PI控(kong)制，將輸出轉(zhuan)為PWM調(diao)制信號(hao)，控(kong)制PWM；
逆變閉環系統如下：
仿真結果如下：
C ->PSFB+INV實現
上面A、B分別已經(jing)實現(xian)了PSFB閉(bi)環和逆變(bian)閉(bi)環控制，將PSFB系統的高壓輸(shu)出，接到逆變(bian)的DC輸(shu)入(ru)，即(ji)可實現(xian)PSFB+INV的閉(bi)環控制系統；
仿真結果如下：
5. 充電控制實現
A->PFC整流控制
算法流程圖如下：
使用PSIM仿(fang)真軟件搭建PFC整流控制如下：
仿真波形如下：
B->PSFB控制電池充電實現
為了保證電池(chi)充(chong)電安(an)全(quan)，采用(yong)了電壓和電流雙(shuang)環競爭的(de)控制策略，控制框架(jia)如下：
使用PSIM仿真軟件搭(da)建電(dian)池雙環控制系統如下：
仿真波形：
設(she)定繼(ji)電器0.5S切(qie)換負(fu)載，電流環跟電壓環之間切(qie)換順暢。
C ->PFC+PSFB實現
上面A、B分別已經實現了PFC閉環和PSFB閉環控(kong)制，將PFC系統(tong)的(de)DC輸(shu)出，接到PSFB的(de)高壓輸(shu)入，即可實現PFC+PSFB的(de)閉環控(kong)制系統(tong)；
仿真波形：
6. 系統總結
上(shang)述(shu)通(tong)(tong)過對PSFB驅動開始(shi)分(fen)析，進一步搭建(jian)PSFB+INV逆(ni)變系統，通(tong)(tong)過仿真(zhen)(zhen)驗證了PSFB升壓(ya)(ya)逆(ni)變的方案(an)的可行(xing)性(xing)；緊接著分(fen)析搭建(jian)PFC+PSFB的電(dian)池充電(dian)方案(an)，并(bing)通(tong)(tong)過仿真(zhen)(zhen)驗證了PFC+PSFB降壓(ya)(ya)對電(dian)池充電(dian)的可行(xing)性(xing)，綜合(he)兩個實(shi)驗的分(fen)析結果，可以(yi)得到(dao)上(shang)述(shu)提出的2.4KW雙向移(yi)相全(quan)橋電(dian)源模塊的可行(xing)性(xing)；
后續優(you)(you)化(hua)，可(ke)以(yi)將上述的仿真使用C語(yu)言編寫，搭建完整的雙(shuang)向(xiang)充(chong)放(fang)電(dian)(dian)系(xi)統，實現(xian)模塊充(chong)放(fang)電(dian)(dian)的隨意調度。同(tong)時可(ke)以(yi)在PSFB充(chong)電(dian)(dian)中嘗試(shi)加入PR諧(xie)振算法(fa)優(you)(you)化(hua)電(dian)(dian)池(chi)充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流紋波；INV逆(ni)變控制也可(ke)以(yi)嘗試(shi)用DQ控制算法(fa)優(you)(you)化(hua)逆(ni)變輸出性能；PFC整流嘗試(shi)用SOGI算法(fa)鎖相更好的控制PFC電(dian)(dian)路的正弦特性優(you)(you)化(hua)PF跟(gen)THDi；