本发明涉及一种双向非隔离变换器的软开关控制策略，尤其涉及一种双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法。
背景技术：
1、在包含储能系统的新能源电力系统中，双向非隔离变换器的应用日益增多，尤其是在实现不同直流电压母线之间双向电能转换方面。这种转换技术不仅可以实现实时能量管理，还提高了系统的可靠性和可用性，同时双向功率流动的能力可以减小变换器元器件数量。提升系统可靠性。
2、目前针对双向非隔离变换器的控制策略可以分为硬开关和软开关两种类型。软开关控制策略主要分为以下几类：(1)定频最小电感电流有效值控制；(2)变频最小电感电流有效值控制；(3)多频最小电感电流有效值控制。定频最小电感电流有效值控制实现了零电压开通并优化了电感电流有效值，但仅优化了d1、d1、三个控制变量，使得四开关升降压变换器只能处在一种开关频率下，无法通过改变开关频率来优化电感电流有效值。变频最小电感电流有效值控制在功率较大时通过降低开关频率提高输出功率，相较于定频控制来说进一步优化了效率，但开关频率仅在功率较大时会改变，无法优化全局效率。多频最小电感电流有效值控制没有考虑到电感值的选取对变换器效率的影响，且使得电感电流有效值最小并不意味着总损耗最小。除此以外，多频最小电感电流有效值控制在查表变频期间会因为采样误差或采样干扰问题引起频率振荡，影响变换器稳定性。
技术实现思路
1、发明目的：针对以上问题，本发明提出一种双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法，能够优化整个的全局效率，还能防止由采样误差或采样干扰造成的频率振荡现象，提高了四开关升降压变换器的稳定性及效率。
2、技术方案：本发明所采用的技术方案是一种双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法，包括以下步骤：
3、(1)以双向非隔离变换器所在的系统与双向非隔离变换器中电压升降单元的电感量相关的能量损耗最小为目标，优化双向非隔离变换器中电压升降单元的电感量参数；
4、(2)根据双向非隔离变换器的拓扑结构及工作状况，建立与开关频率相关的损耗ploss与开关频率fs之间的映射关系；所述与开关频率相关的所有损耗ploss包括双向非隔离变换器的开关损耗、电感损耗和驱动损耗；
5、(3)基于损耗ploss与开关频率fs之间的映射关系，在不同工作状况下求解最优损耗对应的开关频率，通过多频控制的方法实现双向非隔离变换器的全工况效率优化。
6、步骤(1)包括：建立双向非隔离变换器所在的系统与电压升降单元的电感量相关的能量损耗关系，以能量损耗最小为目标，遍历双向非隔离变换器的工作区间，得到系统在整个工作周期内的能量损耗最小时对应的电压升降单元的电感量，作为双向非隔离变换器电压升降单元的电感量。
7、一般的，双向非隔离变换器所在的系统包括储能单元。步骤(1)基于储能单元进行能量损耗计算，具体过程是：建立双向非隔离变换器所在的系统与电压升降单元的电感量相关的能量损耗关系，包括：根据加权工作时间系数，建立双向非隔离变换器中电压升降单元的电感量与储能单元在一个放电周期内的能量损耗之间的映射关系，加权工作时间是指储能单元在不同电压区间的充放电时间，对各加权工作时间进行归一化得到所述加权工作时间系数。
8、所述最优损耗为最小损耗；最小损耗的计算包括：基于损耗ploss与开关频率fs之间的映射关系，对不同工作状况下的损耗ploss遍历开关频率fs，得到不同工作状况下的损耗最小时对应的开关频率，得到不同工作状况下最小损耗与开关频率的映射关系；所述工作状况包括双向非隔离变换器的输入电压、输出电压和输出电流。
9、所述最优损耗的计算过程为：首先，基于损耗ploss与开关频率fs之间的映射关系，对不同工作状况下的损耗ploss遍历开关频率fs，得到不同工作状况下的损耗最小时对应的开关频率；然后，对双向非隔离变换器的工作状况进行分段化处理，得到数据量最小的次优损耗与开关频率的映射关系；所述工作状况包括双向非隔离变换器的输入电压、输出电压和输出电流。
10、循环计算中当前计算得到的次优损耗对应的开关频率fsn在上一次开关频率fsn-1的±δfs范围内时，维持上一次开关频率fsn-1不变；当前计算得到的次优损耗对应的开关频率fsn在±δfs范围外时采用当前计算所得开关频率fsn。
11、所述双向非隔离变换器为四开关升降压变换器拓扑。
12、所述损耗ploss损耗包括导通损耗pon、关断损耗psw、驱动及供电损耗pdriver、铁损pfe、铜损pcu，损耗ploss表达式如下：
13、
14、pdriver＝vdriverqgfs
15、pfe＝vcorepcv
16、
17、ploss＝pon+psw+pdriver+pfe+pcu
18、式中，ilrms为电感电流有效值，rds(on)为mosfet通态电阻，tf为mosfet关断时间，δip为mosfet关断电流，vdc为mosfet关断电压，fs为开关频率，vdriver为驱动电压，qg为栅极总驱动电荷，vcore为磁芯的体积，pcv为单位体积磁芯损耗，idc为电感电流直流分量，iac为电感电流交流分量，rdc为绕组直流电阻，rac为绕组交流电阻。
19、所述映射关系的表达形式包括：一维表格形式、二维表格形式、三维表格形式、分段函数表达式、曲线形式和曲面形式。
20、本发明提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法。
21、有益效果：相比于现有技术，本发明具有以下优点：本发明通过优化电压升降单元的电感量的选取结合依据最优工作频率计算的多频控制，从全局角度减小了双向非隔离变换器电路的损耗；通过增加频率滞环的方式，能防止双向非隔离变换器由采样误差或采样干扰造成的频率振荡现象，提高了四开关升降压变换器的稳定性及效率
1.一种双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法，其特征在于，步骤(1)包括：建立双向非隔离变换器所在的系统与电压升降单元的电感量相关的能量损耗关系，以能量损耗最小为目标，遍历双向非隔离变换器的工作区间，得到系统在整个工作周期内的能量损耗最小时对应的电压升降单元的电感量，作为双向非隔离变换器电压升降单元的电感量。
3.根据权利要求2所述的双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法，其特征在于，双向非隔离变换器所在的系统包括储能单元，建立双向非隔离变换器所在的系统与电压升降单元的电感量相关的能量损耗关系，包括：根据加权工作时间系数，建立双向非隔离变换器中电压升降单元的电感量与储能单元在一个放电周期内的能量损耗之间的映射关系，加权工作时间是指储能单元在不同电压区间的充放电时间，对各加权工作时间进行归一化得到所述加权工作时间系数。
4.根据权利要求1所述的双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法，其特征在于，所述步骤(3)中最优损耗为最小损耗；最小损耗的计算包括：基于损耗ploss与开关频率fs之间的映射关系，对不同工作状况下的损耗ploss遍历开关频率fs，得到不同工作状况下的损耗最小时对应的开关频率，得到不同工作状况下最小损耗与开关频率的映射关系；所述工作状况包括双向非隔离变换器的输入电压、输出电压和输出电流。
5.根据权利要求1所述的双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法，其特征在于，所述步骤(3)中最优损耗的计算过程为：首先，基于损耗ploss与开关频率fs之间的映射关系，对不同工作状况下的损耗ploss遍历开关频率fs，得到不同工作状况下的损耗最小时对应的开关频率；然后，对双向非隔离变换器的工作状况进行分段化处理，得到数据量最小的次优损耗与开关频率的映射关系；所述工作状况包括双向非隔离变换器的输入电压、输出电压和输出电流。
6.根据权利要求1所述的双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法，其特征在于，循环计算中当前计算得到的次优损耗对应的开关频率fsn在上一次开关频率fsn-1的±δfs范围内时，维持上一次开关频率fsn-1不变；当前计算得到的次优损耗对应的开关频率fsn在±δfs范围外时采用当前计算所得开关频率fsn。
7.根据权利要求1所述的双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法，其特征在于，所述双向非隔离变换器为四开关升降压变换器拓扑。
8.根据权利要求7所述的双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法，其特征在于：所述四开关升降压变换器的损耗包括：所述损耗ploss损耗包括导通损耗pon、关断损耗psw、驱动及供电损耗pdriver、铁损pfe、铜损pcu，损耗ploss表达式如下：
9.根据权利要求1所述的双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法，其特征在于：所述映射关系的表达形式包括：一维表格形式、二维表格形式、三维表格形式、分段函数表达式、曲线形式和曲面形式。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的双向非隔离变换器的自适应全局效率优化设计方法。
