随着环境污染、能源短缺等问题的日益严重，可再生能源引起了广泛关注，基于可再生能源的微电网系统得到了快速发展。这类微电网系统通常采用如图1所示的电路架构，太阳能（Photovoltaic, PV）、风能（Wind Turbine Generator, WTG）等可再生能源输出最大功率，蓄电池（Battery, BAT）、超级电容（Super Capacitor, SC）等储能元件用以平抑输入输出的功率波动。由于太阳能、风能的间歇性与随机性强，直流母线功率波动大，则连接在储能元件与直流母线之间的双向直流变换器需要具有良好的稳态特性和动态响应性能。

图1 基于可再生能源的微电网系统

双有源全桥（Dual Active Bridge, DAB）DC-DC变换器因其具有功率密度高、电气隔离易实现模块化串并联、软开关等优点，逐渐成为双向直流变换器的研究热点。传统单移相（Single-Phase-Shift, SPS）调制策略具有控制简单、易实现软开关等优点，但存在电流应力大、回流功率多等问题。

为了解决这类问题，有关学者进行了研究，但是均只针对变换器稳态性能进行优化，未论述变换器的动态性能。输出电压值仅通过单一PI控制器跟踪，这使得变换器动态性能较差。

对此，福州大学电气工程与自动化学院、青岛大学电气工程学院的研究人员考虑EPS调制电流优化效果与DPS、TPS相仿，同时仅增加变压器一次侧H桥内移相角，控制实现简单。基于EPS调制，他们提出了一种结合电流应力优化的自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control, ADRC）策略，实现了DAB变换器电流应力全局最优，同时结合自抗扰闭环控制，提升了系统的动态性能及鲁棒性。

表1 不同文献的控制策略对比

研究人员首先，推导了EPS调制下三种工作模式的功率及电流应力的数学模型；其次，对比分析了EPS调制下三种工作模式的电流应力并采用条件极值法求解变换器电流应力全局最优解；构建自抗扰反馈闭环，将电流应力优化策略导致的功率波动、输入电压突变、负载投切等视作总扰动，通过扩张状态观测器（Extended State Observer, ESO）进行实时估算并补偿，实现对系统动态性能的优化。

他们最后通过与单重移相传统电压环控制、扩展移相直接功率控制对比实验验证，理论和实验一致性高，研究结果表明：

1）相比于单重移相调制，扩展移相调制在传输相同功率的同时，能够对稳态目标进行优化。且变换器应避免工作在0＜D1＜1＜D2＜1+D1/2移相模式下，该结论可推广至双重移相与三重移相调制。

2）该电流应力优化算法具有最小的电流应力，降低了对开关器件的耐流值要求，提高了变换器的安全性与可靠性，同时有效地提高了变换器效率。

3）所提出的结合电流应力优化的自抗扰方案在启动过程、输入电压突变、负载突变时，均具有良好的动态响应。构建的自抗扰控制器无需对象精确模型，仅需采样输出电压信息，具有控制简单、鲁棒性与适用性强等优点。

本文编自2022年第12期《电工技术学报》，论文标题为“结合电流应力优化的双有源全桥DC-DC变换器自抗扰控制”。本课题得到了山东省自然科学基金项目和福州市科技计划项目的支持。