本發明涉及非隔離dc-dc變換器控制方法，尤其涉及面向寬范圍輸入的光儲直柔通用變換器多模式控制方法。

背景技術：

1、隨著儲能和光伏系統的迅速發展，直流化已成為新型電力系統的一大趨勢。特別是在新能源和直流互聯領域，四開關buck-boost(four?switch?buck-boost，fsbb)變換器因其能夠靈活實現寬范圍直流電壓的升降轉換，并具備雙向功率流動的特性，可作為光伏、儲能等多類型電源直流入網接口。

2、由于不同類型電源的輸入電壓范圍廣泛，fsbb變換器的控制策略需要在全電壓范圍及載荷條件下實現效率優化，以保證高效的能源傳輸。然而，在傳統控制方法中，fsbb變換器的三角形電流控制(tcm)方法在輕載時表現良好，但在重載時效率下降，特別是在高負荷需求下更為明顯；而四邊形電感電流控制(qcm)方法在重載條件下效率較高，但在輕載時電流應力較大，這在光伏系統低光照條件下會導致額外的損耗。因此，多模式控制策略被提出，通過將tcm和qcm方法相結合，提高了fsbb變換器的整體效率表現。

3、然而，現有的多模式控制策略僅以效率為優化目標，忽視了開關管電流應力對變換器壽命的影響。此外，傳統的多模式控制策略在進行效率建模的過程中，由于qcm和tcm方法的電感電流差異較大，需要分別建立兩者的數學模型，使得變換器的控制變得復雜。

技術實現思路

1、本發明所要解決的技術問題在于如何解決目前fsbb變換器的多模式控制策略存在的控制復雜以及忽視了開關管電流應力對變換器壽命影響的問題。

2、本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：面向寬范圍輸入的光儲直柔通用變換器多模式控制方法，所述方法包括以下步驟：

3、步驟1、基于fsbb變換器實現零電壓開通的約束條件和fsbb變換器的損耗分布，建立fsbb變換器在不同電感電流波形下的統一損耗模型；

4、步驟2、確定定頻條件下fsbb變換器在qcm方法的負載電流邊界；

5、步驟3、根據fsbb變換器在qcm方法和tcm方法下的電流應力，將統一損耗模型擴展為fsbb變換器效率和電流應力同時優化的綜合指標模型；

6、步驟4、采樣輸入電壓、輸出電壓和輸出電流，基于負載電流邊界和綜合指標模型，對變量尋優得到最優解，并將最優解作為fsbb變換器的控制參數。

7、本發明將傳統qcm方法和tcm方法下的損耗模型進行統一，建立了適合fsbb變換器的統一損耗模型，解決了傳統fsbb變換器損耗模型在不同控制方法下表達式不同的問題，能夠簡化fsbb變換器的控制，根據fsbb變換器在qcm方法和tcm方法下的電流應力，將統一損耗模型擴展為fsbb變換器效率和電流應力同時優化的綜合指標模型，通過尋優計算得到變換器效率和電流應力綜合指標最佳的離線模型，將綜合指標最優的變量作為fsbb變換器的控制參數，能夠顯著提高fsbb變換器的理論最高效率，同時能夠降低fsbb變換器的電流應力，從而降低了fsbb變換器的開關管成本，延長了fsbb變換器的整體壽命。

8、優選的，所述步驟1中fsbb變換器實現零電壓開通的約束條件為：

9、|i1|＞izvs，|i2|>izvs，|i3|＞izvs，|i4|＞izvs，|imax|＞izvs，|imin|＞izvs，

10、

11、其中，izvs為實現軟開關的最小電流，coss為功率開關管的寄生電容，tdead為fsbb變換器同一橋臂上下兩個功率開關管防止直通的死區時間，i1為qcm方法下t4階段到t1階段電感電流的轉折電流值，i2為qcm方法下t1階段到t2階段電感電流的轉折電流值，i3為qcm方法下t2階段到t3階段電感電流的轉折電流值，i4為qcm方法下t3階段到t4階段電感電流的轉折電流值，imax為tcm方法下ton階段到toff階段電感電流的轉折電流值，imin為tcm方法下toff階段到ton階段電感電流的轉折電流值。

12、優選的，所述步驟1中統一損耗模型的表達式為：

13、ploss＝pon+poff+pcon+pl

14、其中，ploss為統一損耗，pon為功率開關管的導通損耗，poff為功率開關管的關斷損耗，pcon為通態損耗，pl為電感損耗。

15、優選的，所述功率開關管的導通損耗pon和功率開關管的關斷損耗poff的計算方式為：

16、pon＝eon(d1，d2，θ，rg)fs

17、poff＝eoff(d1，d2，θ，rg)fs

18、其中，d1為buck橋臂中主控管s1的占空比，d2為boost橋臂中主控管s3的占空比，θ為主控管s1和主控管s3之間的移相，fs為開關頻率，rg為柵極電阻，eon、eoff分別為數據手冊中功率開關管在提供的漏源電壓和漏源電流水平下的開通能量損耗、關斷能量損耗。

19、優選的，所述通態損耗pcon的計算方式為：

20、

21、其中，irms為fsbb變換器在qcm方法和tcm方法下的電感電流有效值，ron(t，ids)為考慮溫度和漏源電流的漏源電阻；

22、所述電感損耗pl的計算方式為：

23、

24、其中，irms為fsbb變換器在qcm方法和tcm方法下的電感電流有效值，rl為電感繞線電阻，vcore為磁芯體積，k、α和β為磁芯材料參數，δb為磁通量密度變化幅值。

25、優選的，所述fsbb變換器在qcm方法和tcm方法下的電感電流有效值irms的計算方式為：

26、

27、其中，vin為輸入電壓，vo為輸出電壓，ts為fsbb變換器的開關周期，tcm方法的buck模式下，θ為零，boost模式下θ為1-d2。

28、優選的，所述步驟2中fsbb變換器在qcm方法的負載電流邊界為：

29、

30、其中，io為輸出電流，vin為輸入電壓，vo為輸出電壓，izvs為實現軟開關的最小電流，lc為電感，ts為fsbb變換器的開關周期。

31、優選的，所述步驟3中fsbb變換器在qcm方法下的電流應力的計算方式為：

32、

33、其中，ipeak為qcm方法下的電感電流峰值，izvs為實現軟開關的最小電流，lc為電感，vin為輸入電壓，vo為輸出電壓，d1為buck橋臂中主控管s1的占空比，d2為boost橋臂中主控管s3的占空比，θ為主控管s1和主控管s3之間的移相；

34、fsbb變換器在tcm方法下的電流應力的計算方式為：

35、

36、其中，ipeak為tcm方法下的電感電流峰值，ts為fsbb變換器的開關周期，io為輸出電流。

37、優選的，所述步驟3中綜合指標模型的表達式為：

38、

39、其中，io為輸出電流，vo為輸出電壓，ploss為統一損耗，ipeak為qcm方法或tcm方法下的電感電流峰值。

40、優選的，所述步驟4中對變量尋優得到最優解的過程包括：根據輸入電壓vin、輸出電壓vo和負載電流邊界計算得到輸出電流的理論值，比較采樣的輸出電流io和計算得到的理論值，確定輸出電流io是否在負載電流邊界內，如果輸出電流io在負載電流邊界內，以占空比d1、占空比d2和移相角θ為變量，在三個變量的合理取值范圍內進行不同解的組合，計算不同解的組合下的統一損耗ploss和電流應力ipeak，綜合考慮統一損耗ploss和電流應力ipeak兩個指標進行尋優得到最優解；若輸出電流io在負載電流邊界外，基于tcm方法得到占空比d1、占空比d2和移相角θ。

41、本發明提供的優點在于：

42、(1)本發明將傳統qcm方法和tcm方法下的損耗模型進行統一，建立了適合fsbb變換器的統一損耗模型，解決了傳統fsbb變換器損耗模型在不同控制方法下表達式不同的問題，能夠簡化fsbb變換器的控制，根據fsbb變換器在qcm方法和tcm方法下的電流應力，將統一損耗模型擴展為fsbb變換器效率和電流應力同時優化的綜合指標模型，通過尋優計算得到變換器效率和電流應力綜合指標最佳的離線模型，將綜合指標最優的變量作為fsbb變換器的控制參數，能夠顯著提高fsbb變換器的理論最高效率，同時能夠降低fsbb變換器的電流應力，從而降低了fsbb變換器的開關管成本，延長了fsbb變換器的整體壽命。

43、(2)本發明結合了tcm方法和qcm方法的優點，通過動態調整控制模式，實現了fsbb變換器在不同工況下高效且穩定的能量傳輸。