直流微电网模块化DC-DC变换器拓扑与控制方法研究

发布时间：2020-10-13 23:35

　　 当前,环境保护和能源的有效利用已引起社会的广泛关注。为了更有效、灵活和可靠地利用分布式能源发电,近年来对直流微电网的研究越来越广泛。DC-DC变换器是直流微电网中重要的电力电子设备,是电能变换与潮流控制的核心装置。而将DC-DC变换器模块化后,可以实现直流微电网系统容量扩展,提高系统灵活性、可靠性,在直流微电网中拥有广阔的应用前景。为此,本文首先分析了几种子模块DC-DC变换器的工作原理,对比不同拓扑的开关元件电流应力、电压应力,推导出电流、电压峰值系数以及纹波与占空比之间的关系。根据开关管应力大小、电流、电压峰值系数等参数,选定了半桥DC-DC变换器作为最优的子模块结构,并提出一种级联型模块化DC-DC变换器的拓扑结构。由于通过单个半桥DC-DC变换器电流谐波含量较大,为此采用三个半桥DC-DC变换器多重连接作为子模块可有效减少谐波含量,降低损耗。随后对比分析了子模块和单个半桥DC-DC变换器的电流脉动、电流谐波和电压纹波,进一步证明所选拓扑的优越性。其次,结合储能装置的特性和直流微电网的平抑尖峰负荷的需要,提出了储能装置经模块化DC-DC变换器的阶段充电控制策略和采用基于低通滤波原理的放电控制策略。所提策略可以使得储能系统能够快速跟踪负载功率变化、平抑尖峰负荷,还可以延长储能装置寿命。然后,根据直流微电网不同的工况,针对模块化DC-DC变换器提出了一种以采样平均电流结合双环反馈的控制方法,加快模块化DC-DC变换器电流的动态响应。并实现当低压侧功率变化时,子模块可以动态投切以及稳定高压侧(直流母线)电压,确保直流微电网稳定运行。随后,提出了一种新型的滑模变结构控制算法,引入Lyapunov“广义能量”函数,使得多个子模块在激励信号不相同、内部参数匹配度不高情况下,也能快速实现均流,可有效防止模块化DC-DC变换器中器件因过载而损坏问题。接着,研究了模块化DC-DC变换器的软开关特性,推导出了ZVZCS下的开通条件和软开通的范围。最后,利用Matlab/simulink仿真软件搭建模块化DC-DC变换器的仿真模型。并通过仿真验证了所提控制策略的正确性和有效性。通过本文的研究,重点分析了模块化DC-DC变换器的拓扑和控制方法,提出了最优的子模块拓扑并推导出应力、电流谐波、电压纹波表达式,充分证明所选拓扑的合理性。针对拓扑还提出了一系列的控制策略,通过仿真充分验证了可行性,为模块化DC-DC变换器后续研究和推广奠定坚实的理论基础。
【学位单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM46
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 直流微电网研究现状
        1.2.2 DC-DC变换器研究现状
    1.3 本文主要内容及结构
第二章 模块化DC-DC变换器拓扑设计与分析
    2.1 模块化DC-DC变换器的子模块拓扑选取与应力分析
        2.1.1 子模块DC-DC变换器的选取
        2.1.2 子模块DC-DC变换器的应力分析
    2.2 模块化DC-DC变换器电路拓扑结构
    2.3 模块化DC-DC变换器电压纹波和电流谐波分析
        2.3.1 模块化DC-DC变换器电流谐波分析
        2.3.2 模块化DC-DC变换器电压纹波分析
    2.4 本章小结
第三章 模块化DC-DC变换器的控制策略
    3.1 基于模块化DC-DC变换器的储能系统充放电控制
    3.2 直流微电网不同工况下的模块化DC-DC变换器控制
    3.3 模块化DC-DC变换器均流控制
    3.4 模块化DC-DC变换器软开关特性
    3.5 本章小结
第四章 仿真验证
    4.1 基于模块化DC-DC变换器的储能系统充放电仿真
    4.2 直流微电网不同工况下的多模块投切仿真
    4.3 滑模变结构控制的子模块均流仿真
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 下一步研究展望
参考文献
攻读学位期间主要的研究成果
致谢

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 程志江;李永东;谢永流;邱麟;董博;樊小朝;;带超级电容的光伏发电微网系统混合储能控制策略[J];电网技术;2015年10期

2 索之闻;李庚银;迟永宁;王伟胜;;一种基于子模块混合型模块化多电平换流器的高压大功率DC/DC变换器[J];中国电机工程学报;2015年14期

本文编号：2839856