一种四端口有源桥变换器的电感电流有效值计算方法与流程

本发明属于有源桥变换器，具体涉及一种四端口有源桥变换器的电感电流有效值计算方法。

背景技术：

1、四端口有源桥变换器qab(quad active bridge)具有全隔离、双向功率流、高效率和低重量等优点，被广泛用于电动汽车、航空航天、船舶及电力系统领域，由于四端口有源桥变换器四个端口电感中流过的电流是无规律的交流量，并且四个端口存在交叉耦合的情况，这使得四端口有源桥变换器的电感电流有效值计算变得十分复杂，而四端口有源桥变换器的电感电流有效值与四端口有源变换器的功率损耗直接相关，所以确定四端口有源桥变换器的电感电流有效值的通用表达式对于评估四端口有源桥变换器的功率损耗具有重要的现实意义。

2、以往对于四端口有源桥变换器的电感电流通用表达式都是在频域状态下近似获得，由于频域状态下只考虑了基波或者低次谐波，得到的四端口有源桥变换器的电感电流通用表达式准确度不高，这使得如何获得时域状态下的四端口有源桥变换器电感电流有效值的通用表达式成为亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种四端口有源桥变换器的电感电流有效值计算方法，解决了现有缺乏时域状态下四端口有源桥变换器的电感电流有效值通用表达式的问题，并且提高了四端口有源桥变换器的电感电流有效值通用表达式的准确性。

2、为了实现上述技术效果，本发明提供的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种四端口有源桥变换器的电感电流有效值计算方法，包括如下步骤：

4、根据四端口有源桥变换器的y型等效电路，获得归算至同一端口时变压器四端口的电压、电流和等效串联电感计算模型；

5、基于电压、电流和等效串联电感计算模型，根据叠加定理获得y型等效电路的中点电压计算模型；

6、基于中点电压计算模型，通过微积分获得归算至同一端口时变压器四端口的电感电流计算模型；

7、利用方波函数替代四端口有源桥变换器的端口电压，得到端口电压计算模型；

8、基于电感电流计算模型和端口电压计算模型，通过微积分计算获得四端口有源桥变换器的电感电流瞬时值计算模型；

9、对电感电流瞬时值计算模型的平方在一个开关周期内进行积分得到四端口有源桥变换器的电感电流有效值通用计算模型，基于通用计算模型实现电感电流有效值计算。

10、进一步地，归算至端口1侧时，电压、电流和等效串联电感计算模型的表达式，分别如下：

11、电压计算模型：

12、

13、式中，vh2、vh3、vh4为归算前变压器端口2、端口3、端口4的电压，vh2′、vh3′、vh4′为归算至端口1侧的变压器端口2、端口3、端口4的电压，n12为变压器端口1绕组与端口2绕组匝数比，n13为变压器端口1绕组与端口3绕组匝数比，n14为变压器端口1绕组与端口4绕组匝数比

14、电流计算模型：

15、

16、式中，il2、il3、il4为归算前变压器端口2、端口3、端口4的电流，il2′、il3′、il4′为归算至端口1侧的变压器端口2、端口3、端口4的电流；

17、等效串联电感计算模型：

18、

19、式中，l2、l3、l4为归算前变压器端口2、端口3、端口4的等效串联电感，l2′、l3′、l4′归算至端口1侧变压器端口2、端口3、端口4的等效串联电感。

20、进一步地，中点电压计算模型的表达式如下：

21、

22、式中，vx为四端口有源桥变换器y型等效电路的中点电压，为端口1的等效电感，为端口2的等效电感，为端口3的等效电感，为端口4的等效电感，vh1为变压器端口1的电压。

23、进一步地，中点电压计算模型的等效电感按照下式计算：

24、

25、式中，l1为端口1的等效串联电感。

26、进一步地，变压器四端口的电感电流计算模型的表达式如下：

27、

28、

29、式中，il1为变压器端口1的电流。

30、进一步地，利用方波函数替代四端口有源桥变换器的端口电压包括利用幅值为0.5，周期为2t的方波与四端口有源桥变换器的端口电压的乘积替代变压器端口的电压，得到的端口电压计算模型表达式分别如下：

31、vh1＝2v1s(t)

32、vh2′＝2n12v2s(t-d12t)

33、vh3′＝2n13v3s(t-d13t)

34、vh4′＝2n14v4s(t-d14t)

35、式中，v1为四端口有源桥变换器的端口1电压，s(t)为方波函数，v2为四端口有源桥变换器的端口2电压，d12四端口有源桥变换器端口2与端口1的移相角，其值大于-1小于1，t为四端口有源桥变换器开关周期的一半，v3为四端口有源桥变换器的端口3电压，d13四端口有源桥变换器端口3与端口1的移相角，其值大于-1小于1，v4为四端口有源桥变换器的端口4电压，d14四端口有源桥变换器端口4与端口1的移相角，其值大于-1小于1。

36、进一步地，四端口有源桥变换器的电感电流瞬时值计算模型的表达式，如下：

37、

38、式中，tr(t)为幅值为0.25t，周期为2t的三角波。

39、进一步地，四端口有源桥变换器的电感电流有效值通用计算模型的表达式，如下：

40、

41、式中，irms为电感电流有效值，下标i为端口号，ik为固有电流，ijk为转移电流，fs为频率。

42、进一步地，固有电流和转移电流的计算表达式，如下：

43、

44、式中，vk′为四端口有源桥变换器端口k电压归算至端口1的电压，vk′＝n1kvk，djk为端口j和端口k的移相角，djk＝d1k-d1j，是端口k的等效电感，计算表达式如下：

45、

46、式中，lj′为端口j归算至端口1的等效串联电感，lj′＝n1j2lj，式中n为端口数量。

47、进一步地，基于四端口有源桥变换器的电感电流有效值通用计算模型得到多有源桥变换器电感电流有效值的通用表达式，如下：

48、

49、式中，n为多有源桥变换器的端口数量。

50、第二方面，本发明还提供一种四端口有源桥变换器的电感电流有效值计算装置，包括：

51、第一计算模块，用于根据四端口有源桥变换器的y型等效电路，获得归算至同一端口时变压器四端口的电压、电流和等效串联电感计算模型；

52、第二计算模块，用于基于电压、电流和等效串联电感计算模型，根据叠加定理获得y型等效电路的中点电压计算模型；

53、第三计算模块，用于基于中点电压计算模型，通过微积分获得归算至同一端口时变压器四端口的电感电流计算模型；

54、第四计算模块，用于利用方波函数替代四端口有源桥变换器的端口电压，得到端口电压计算模型；

55、第五计算模块，用于基于电感电流计算模型和端口电压计算模型，通过微积分计算获得四端口有源桥变换器的电感电流瞬时值计算模型；

56、第六计算模块，用于对电感电流瞬时值计算模型的平方在一个开关周期内进行积分得到四端口有源桥变换器的电感电流有效值通用计算模型，基于通用计算模型实现电感电流有效值计算。

57、相应地，本发明还提供了一种计算机设备，其特征在于，设备包括处理器以及存储器：

58、存储器用于存储计算机程序，并将计算机程序的指令发送至处理器；

59、处理器根据计算机程序的指令执行如第一方面中任一项的一种四端口有源桥变换器的电感电流有效值计算方法。

60、相应地，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面中任一项的一种四端口有源桥变换器的电感电流有效值计算方法。

61、综上，本发明提供了一种四端口有源桥变换器的电感电流有效值计算方法，包括根据四端口有源桥变换器的y型等效电路，获得归算至同一端口时变压器四端口的电压、电流和等效串联电感计算模型；根据叠加定理获得y型等效电路的中点电压计算模型；通过微积分获得归算至同一端口时变压器四端口的电感电流计算模型；利用方波函数替代变压器四端口的电压计算模型；通过微积分计算获得四端口有源桥变换器的电感电流瞬时值计算模型；对电感电流瞬时值计算模型的平方在一个开关周期内进行积分得到四端口有源桥变换器的电感电流有效值通用计算模型，基于通用计算模型实现电感电流有效值计算。本发明在时域状态下提出四端口有源桥变换器的电感电流有效值通用表达式，本发明所提出的四端口有源桥变换器的电感电流有效值通用表达式只忽略了等效串联电阻、励磁电阻和励磁电感，所以本发明所提出的四端口有源桥变换器的电感电流有效值通用表达式准确度相比频域状态下获得的表达式准确度更高，本发明所提出的四端口有源桥变换器的电感电流有效值通用表达式更能准确指导四端口有源桥变换器的功率损耗评估。