面向储能应用的双向DC-DC变换器优化控制研究

发布时间：2017-11-25 07:43

  本文关键词：面向储能应用的双向DC-DC变换器优化控制研究

  更多相关文章： 双向DC-DC变换器 模型预测控制 双闭环控制 优化控制

【摘要】：新能源产业发展迅速,其中起关键支撑作用的储能系统日益展现其重要性。双向DC-DC变换器是储能系统的关键组成部分,其拓扑类型众多。为了保证储能系统的正常运行,对双向DC-DC变换器的控制也尤为重要。本文针对在不同场合得到广泛应用的级联式双向DC-DC变换器、交错并联双向DC-DC变换器、双向Buck/Boost DC-DC变换器的控制进行优化研究。双向Buck/Boost DC-DC变换器的传统双闭环控制方法比较成熟且控制效果较好,但设置PI参数的过程比较繁琐。基于模型预测思想的均流控制方法相比传统双闭环控制,简化了控制过程且对系统性能有一定的优化,但是电压外环的存在会影响系统动态性能的改善。据此,本文提出一种基于参考功率计算的模型预测控制方法,该方法具有控制过程简单直观,控制效果好等优点,通过参考功率的计算、性能指标的评价以及开关状态的寻优对系统的性能进行优化。对级联式双向DC-DC变换器采用传统双闭环控制,PI参数数量众多,设置合适的PI参数来使系统达到良好的性能十分困难。因此,研究级联双向DC-DC变换器新型控制方法十分必要。本文借鉴模型预测控制思想,提出一种PI控制和模型预测控制相结合的方法对级联式双向DC-DC变换器进行优化控制。该方法结合PI控制和模型预测控制的优点,在优化控制性能的同时减少计算量,降低控制的复杂度。对于交错并联双向DC-DC变换器,以往多采用移相控制,但是在这种方法中,PI参数数量众多且存在两相电感电流不均衡的问题。交错并联双向DC-DC变换器的控制目标为均衡两相电感电流以及减小输入/输出端电流纹波,而模型预测控制方法具有易于包含系统的约束条件和非线性特性、可用于多变量系统等优点。因此,本文提出采用模型预测控制策略对交错并联双向DC-DC变换器进行优化控制。该方法通过预测电流模型的建立和性能优化两个步骤实现系统性能的优化。针对以上三种拓扑所提出的控制方法,分别搭建仿真模型及实验样机,并进行验证。验证结果表明,双向Buck/Boost DC-DC变换器的模型预测控制方法可以实现功率按需要可控。相比双闭环控制方法,该方法可以使母线电压的超调量大大减小,使蓄电池充放电的动态响应速度大大提高。级联式双向DC-DC变换器的优化控制方法能够使系统的动静态性能得到改善,计算量较模型预测控制减少50%。交错并联双向DC-DC变换器模型预测控制方法优化了系统的动静态性能,有效避免众多PI参数的设置过程,而且可以非常方便地实现两相电感电流的均衡。
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46

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本文编号：1225209