本发明属于直流变换器的优化设计领域，具体涉及一种面向源网荷储一体化的直流电能变换器三重移相优化控制方法。
背景技术：
1、“源网荷储一体化”是一种可实现能源资源最大化利用的运行模式和技术，通过源源互补、源网协调、网荷互动、网储互动和源荷互动等多种交互形式，从而更经济、高效和安全地提高电力系统功率动态平衡能力，是构建新型电力系统的重要发展路径。直流电能变换器是“源网荷储一体化”系统中实现交直流电能变换与管控的核心设备。
2、直流电能变换器因其高效率、双向能量传输能力和灵活的功率控制特性，也被广泛应用于电动汽车、可再生能源系统和电网储能等多个领域。然而，传统的直流电能变换器控制策略在设计过程中通常假设系统是理想的，忽略了实际应用中存在的损耗，这在很大程度上限制了系统性能的发挥和效率的提升。随着应用需求的增加和技术的发展，进一步提升直流电能变换器的效率已成为研究热点，因此优化控制策略的研究显得尤为重要。
3、传统的直流电能变换器控制策略主要采用单移相控制方法，通过调节变压器初级侧和次级侧全桥桥臂之间的相位差来控制功率流动。然而，单移相控制方法存在效率较低、开关损耗高、动态响应差且控制灵活性不足，难以应对宽范围负载变化等缺点。针对这一问题，近年来提出了多种改进方法，如扩展移相优化控制策略、双重移相优化控制策略和三重移相优化控制策略。其中基于三重移相控制方法的优化策略因其优越的调控能力，在不同工作条件下都能实现更精细的功率控制，从而降低损耗，提高效率而备受关注。
4、为了优化直流电能变换器的性能，必须全面考虑系统中的各种损耗，包括导通损耗、开关损耗和磁性元件损耗等。当前的优化控制策略中，优化目标主要集中在电流应力、回流功率、零电压软开关、传输功率等方面。这些目标的选择是为了提高直流电能变换器的效率和稳定性。减少电流应力可以延长开关器件的寿命，降低回流功率可以减少不必要的能量损失，实现零电压软开关可以减少开关损耗，优化传输功率则有助于提高系统的功率密度和整体效率。然而，尽管这些优化目标在理论上能够提升直流电能变换器的性能，但在实际应用中，许多策略未能全面考虑系统中的损耗。例如，激励波形、电流谐波以及导体区域的频变效应对损耗的影响在许多模型中被简化或忽略。电流谐波和导体区域频变效应显著增加了磁性元件的铜损，而磁性元件的铁损与激励波形之间存在复杂的非线性关系。这些因素在高频大功率应用中尤为重要，但在许多优化策略中未得到充分考虑，从而限制了系统性能的提升。
技术实现思路
1、本发明提供一种面向源网荷储一体化的直流电能变换器三重移相优化控制方法，该方法通过引入导通损耗、开关损耗和磁性元件损耗的精细模型，全面分析这些损耗对系统性能的影响；同时结合三重移相控制方法，优化了初级侧和次级侧全桥电路之间的三个独立相位差，实现了在不同负载条件下的高效功率传输。该方法在高频、大功率应用场景中能够有效降低损耗，改善动态响应，提升整体系统的性能和稳定性。
2、本发明采取的技术方案为：
3、面向源网荷储一体化的直流电能变换器三重移相优化控制方法，包括以下步骤：
4、步骤1：分析三重移相控制方式下直流电能变换器的工作波形特性，推导出简化电路模型和电感电流、传输功率函数表达式；
5、步骤2：在直流电能变换器结构中，主要损耗来源为开关器件和磁性元件。根据步骤1推导出的简化电路模型和电感电流有效值函数表达式，分别采用基波分析法、dowell方程、改进的广义steinmetz公式，建立全面的直流电能变换器损耗计算模型；
6、步骤3：根据步骤2中所建立的直流电能变换器损耗计算模型，分析影响直流电能变换器运行性能的关键因素，结合步骤1推导出的传输功率函数表达式，确定优化目标与约束条件；
7、步骤4：采用python 3.8调用gurobi求解器，计算在指定传输功率下直流电能变换器的最优控制策略。
8、所述步骤1中，三重移相控制方式下直流电能变换器的输入和输出电压波形为方波，且其相位差由控制策略决定。相应的电流波形则为梯形波形，受输入输出电压、负载以及相位差的综合影响。直流电能变换器能够等效为两个电压源串联一个电感的简化电路模型。
9、由于直流电能变换器电流具有对称性，il(t)＝-il(t+t/2)，仅求前半个周期电流的表达式即可。il(t)为在时刻t的电流幅值；t为周期；
10、电感电流前半周期表达式如下：
11、
12、式中：il(t0)为电流折点t0时刻的电感电流；il(t1)为电流折点t1时刻的电感电流；il(t2)为电流折点t2时刻的电感电流；il(t3)为电流折点t3时刻的电感电流；il(t4)为电流折点t4时刻的电感电流；k为电压变比，k＝udc1/(nudc2)；n为变压器变比；udc1为直流电能变换器一次侧的直流电压；udc2为直流电能变换器二次侧的直流电压；d1为变换器中高频变压器两边开关器件脉冲信号之间的相移量大小；d2为一次侧开关器件脉冲信号之间的相移量大小；d3为二次侧开关器件脉冲信号之间的相移量大小；f为频率；l为电感。
13、理想情况下，传输功率p的函数表达式为：
14、
15、所述步骤2中，
16、(1)：开关器件损耗表达式如下：
17、p1＝pcon+psw
18、式中，p1为开关器件总损耗；pcon为开关器件通态损耗；psw为开关器件开关损耗
19、其中，通态损耗pcon与开关损耗psw的表达式如下：
20、
21、psw＝ftoff[(udc1+vf)(|il(t0)|+|il(t1)|)+n(udc2+vf)(|il(t3)|+|il(t4)|)]
22、式中，vds为晶体管的导通压降；vf为续流二极管的导通压降；toff为关断时间；n变压器变比；t0、t1、t2、t3、t4、t5为电流在前半个周期存在的6个折点。
23、(2)：磁性元件中高频变压器损耗表达式如下：
24、p2＝pcu-2+pcore-2
25、式中，p2为高频变压器总损耗；pcu-2为变压器绕阻损耗；pcore-2为变压器铁芯损耗。
26、其中，变压器绕阻损耗pcu-2的表达式如下：
27、
28、式中：为变压器原边绕组第h次谐波的交流电阻系数；为变压器副边绕组第h次谐波的交流电阻系数；rdc_pri为变压器原边绕组的直流电阻；rdc_sec为变压器副边绕组的直流电阻；n为求和的最高阶次数；为第h次谐波的电感电流幅值；fr(h)为第h次谐波下的交流电阻系数；△为实心圆导线绕组归一化厚度；m为绕组层数；dr为实心圆导线直径；σw为铜的电导率；μ0为真空磁导率；nt为单层圆导线匝数；hw为铁芯窗口高度；和分别为和的瞬态表达式；和分别为高频变压器原边电压uab和归算至原边的副边电压nucd第h次谐波分量；ω为角频率；h为谐波阶次。
29、(3)：变压器铁芯损耗表达式如下：
30、
31、式中，△b为磁通密度峰峰值；bm_pri为高频变压器原边磁密峰值；bm_sec为高频变压器副边磁密峰值；α、β、cm为损耗系数。
32、(4)：磁性元件中电感损耗表达式如下：
33、p3＝pcu-3+pcore-3
34、式中，p3为电感总损耗；pcu-3为电感绕阻损耗；pcore-3为电感铁芯损耗。
35、其中，电感绕阻损耗表达式如下：
36、
37、式中，irms为电流有效值；rdc为直流电阻。
38、电感铁芯损耗表达式如下：
39、
40、式中，cm、α和β为损耗系数；b为磁通密度；(bj,tj)为分段线性磁密波形的第j个折点；bj为第j个折点的磁通密度；bj+1为第j+1个折点的磁通密度；tj为第j个折点的时刻；
41、tj+1为第j+1个折点的时刻；θ为弧度。
42、(5)：直流电能变换器总损耗ptotal的表达式为：
43、ptotal＝p1+p2+p3
44、式中，p1为开关器件总损耗；p2为高频变压器总损耗；p3为电感总损耗。
45、所述步骤3中，由步骤2中建立的损耗模型可知，磁性元件绕组损耗与电流成正比。以最小损耗为优化目标，建立目标函数为：
46、min(p1+p2+p3)
47、功率平衡约束条件：
48、p＝pon
49、式中，pon为指定的传输功率大小。
50、软开关约束：
51、
52、所述步骤4中，建立包含目标函数、功率平衡约束条件、软开关约束的混合整数线性规划最优移相控制模型。用python 3.8调用gurobi求解器的方法对所建立的最优移相控制模型进行求解，分别得到三重移相控制方式中的d1、d2、d3。
53、本发明一种面向源网荷储一体化的直流电能变换器三重移相优化控制方法，技术效果如下：
54、1)本发明可以用于优化直流电能变换器三重移相控制策略，在确保开关器件零电压开关的前提下，降低变换器损耗，提高变换器效率。
55、2)本发明只需利用少量直流电能变换器的运行参数，如频率、电感电流、相移量大小等，就可以精确计算出直流电能变换器的损耗，从而便于工程实际应用。
56、3)本发明基于三重移相控制方法，结合全面的损耗模型，对直流电能变换器的控制策略进行深入研究，可以显著提升直流电能变换器系统的可靠性和性能，对其在高效能量转换中的应用具有重要意义。
1.面向源网荷储一体化的直流电能变换器三重移相优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述面向源网荷储一体化的直流电能变换器三重移相优化控制方法，
3.根据权利要求2所述面向源网荷储一体化的直流电能变换器三重移相优化控制方法，
4.根据权利要求1所述面向源网荷储一体化的直流电能变换器三重移相优化控制方法，
5.根据权利要求4所述面向源网荷储一体化的直流电能变换器三重移相优化控制方法，其特征在于：所述步骤3中，由步骤2中建立的损耗模型可知，磁性元件绕组损耗与电流成正比；以最小损耗为优化目标，建立目标函数为：
6.根据权利要求5所述面向源网荷储一体化的直流电能变换器三重移相优化控制方法，其特征在于：所述步骤4中，建立包含目标函数、功率平衡约束条件、软开关约束的混合整数线性规划最优移相控制模型；用python 3.8调用gurobi求解器的方法对所建立的最优移相控制模型进行求解，分别得到三重移相控制方式中的d1、d2、d3。
