混合储能系统双向DC/DC变换器及功率分配策略研究
发布时间：2020-12-31 20:22
随着能源与环保问题愈发受到重视,大力发展绿色能源成为必然趋势。家庭能源路由器有利于对可再生能源的充分合理利用,而混合储能系统能够使家庭能源路由器维持高效稳定运行。因此,对混合储能系统功率变换器拓扑结构、控制方法及功率分配策略等相关问题的研究具有重要意义。本文将在家庭能源路由器的应用背景下,设计应用于混合储能系统的功率变换器拓扑结构,并设计其控制方法,实现闭环控制,且在此基础上设计混合储能系统功率分配策略。首先,研究一种交错并联电流型三有源桥功率变换器,详细分析其工作原理,并且定量分析其功率传输关系。在此基础上,研究该拓扑结构的硬件解耦方法,解除控制变量间的耦合关系,为进一步进行移相控制奠定基础,并通过仿真实验进行拓扑结构的验证。其次,研究基于神经网络滑模控制的交错并联电流型三有源桥功率变换器控制方法。针对交错并联电流型双有源桥的动态性能,进行滑模控制的研究,通过遗传算法对神经网络进行优化,并通过神经网络对滑模控制参数进行调节,从而改善变换器的稳态性能。结合三端口功率变换器解耦方法,将该控制方法拓展至三有源桥的情形,并通过仿真实验对控制方法进行验证。然后,在上述功率变换器及其控制方法的研...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
占空比、移相角与传输功率关系曲面
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-20-如图2-10所示，为不同移相角下，端口#1和端口#2的高频交流方波。图2-10（a）为移相角为1.5μs的情况，对应接入的负载为1000W，图2-10（b）为移相角为1μs的情况，对应接入的负载为800W。如图2-11所示，为不同移相角下，端口#1和端口#2的漏感电流波形。（a）移相角为1.5μs时（b）移相角为1μs时图2-10不同移相角下的高频交流方波（a）移相角为1.5μs时（b）移相角为1μs时图2-11不同移相角下的漏感电流由仿真结果可以看出，变压器端口高频交流方波间的移相角作用于漏感，产生漏感电流，并由此在端口间传递能量。当移相角增大时，漏感电流随之增大，传输功率也得以提升。根据实验结果，交错并联CF-TAB功率变换器利用移相角传递能量的工作原理得到验证。2.4.2交错并联仿真分析设定参数为：端口电压Vb=48V，VC2=360V，电感L1=11μH，L2=33μH，开关管占空比D=0.6，开关频率f=100kHz。如图2-12所示为占空比D=0.6时，蓄电池电流ib与交错并联电感电流iLb1、iLb2的波形。由于同一桥臂的开关管互补导通，交错并联电感电流iLb1、iLb2的波形0.3999950.4000000.400005t/s-1000100vAB/V0.3999950.4000000.400005t/s-400-2000200400vCD/V0.3999950.4000000.400005t/s-10001000.3999950.4000000.400005t/s-400-2000200400it/V袋it/V
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-21-同样互补，与普通的电流源型功率变换器相比，减小了蓄电池输出电流纹波。按照所设定的工作条件，负载为1kW时，蓄电池电流的平均值为20.83A，由图可知电流纹波为0.862A，纹波为平均值的4.14%，保持在很低水平。通过波形以及对纹波的计算，可以看出交错并联电感的作用下，输入电流纹波可以保持在较低水平，说明交错并联结构可以有效降低电流纹波。图2-12蓄电池电流与交错并联电感电流2.5本章小结本章针对应用于家庭能源路由器的混合储能系统功率变换器相关问题展开了深入研究。首先，考虑混合储能系统对功率变换器安全性能、蓄电池保护性能以及易扩展性等方面的需求，设计了一种基于交错并联CF-TAB电路的三端口混合储能系统功率变换器拓扑结构，该拓扑能够实现低压端口与高压端口间的电气隔离，并能保证输入电流连续，且具有输入电流纹波孝输入电压范围广以及易于扩展等优点；其次，针对功率变换器工作过程与工作原理进行详细分析，并设计了一种硬件解耦策略，解除端口间传输功率与移相角的耦合关系，实现通过单个移相角控制端口间的传输功率，使交错并联CF-TAB功率变换器易于实现移相控制，为后续的控制方法设计奠定基础；最后，采用MATLAB/Simulink搭建仿真模型，通过仿真实验，验证了拓扑结构的有效性以及理论分析的正确性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PI控制的EV-HESS能量利用效率优化[J]. 徐元中,肖菀莹,吴铁洲. 电源技术. 2019(10)
[2]混合储能系统功率自主分频控制方法[J]. 陈燕东,谭文娟,周小平,周乐明,杨苓,伍文华. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]基于遗传算法的电动汽车HESS功率优化分配[J]. 吴铁洲,薛竹山,向富超,张振东. 电气传动. 2019(02)
[4]基于离散傅里叶变换的主动配电网混合储能容量优化配置[J]. 钟国彬,吴涛,曾杰,谢开贵,王超,胡博. 电力建设. 2018(08)
[5]风储孤网系统运行与控制研究综述[J]. 叶鹏,李山,何淼,王刚,孙峰. 电力系统保护与控制. 2018(09)
[6]光储联合系统中储能电站的能量管理[J]. 姚波,樊艳芳. 可再生能源. 2017(02)
[7]基于串联谐振网络的三端口DC/DC变换器解耦方法[J]. 杨旭,王卫,王盼宝,刘桂花,王凯峰. 电网技术. 2017(02)
[8]直流微网系统中混合储能分频协调控制策略[J]. 李武华,徐驰,禹红斌,顾云杰,胡斯登,何湘宁. 电工技术学报. 2016(14)
[9]能源互联网技术形态与关键技术[J]. 田世明,栾文鹏,张东霞,梁才浩,孙耀杰. 中国电机工程学报. 2015(14)
[10]半桥式三端口变换器建模与解耦控制[J]. 张君君,吴红飞,曹锋,朱励历,邢岩. 中国电机工程学报. 2015(03)
硕士论文
[1]混合储能光伏并网系统的能量管理策略[D]. 张德帅.山东大学 2018
[2]基于自适应模糊策略的燃料电池车混合动力系统控制[D]. 徐陈锋.浙江大学 2017
[3]模糊控制技术在降压型开关电源中的应用研究[D]. 殷蓬勃.天津大学 2016
[4]燃料电池汽车DC-DC变换器的建模与控制[D]. 王跃.清华大学 2016
[5]分布式发电系统经济运行关键因素分析与优化[D]. 张艳杰.北京交通大学 2015
本文编号：2950254
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
占空比、移相角与传输功率关系曲面
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-20-如图2-10所示，为不同移相角下，端口#1和端口#2的高频交流方波。图2-10（a）为移相角为1.5μs的情况，对应接入的负载为1000W，图2-10（b）为移相角为1μs的情况，对应接入的负载为800W。如图2-11所示，为不同移相角下，端口#1和端口#2的漏感电流波形。（a）移相角为1.5μs时（b）移相角为1μs时图2-10不同移相角下的高频交流方波（a）移相角为1.5μs时（b）移相角为1μs时图2-11不同移相角下的漏感电流由仿真结果可以看出，变压器端口高频交流方波间的移相角作用于漏感，产生漏感电流，并由此在端口间传递能量。当移相角增大时，漏感电流随之增大，传输功率也得以提升。根据实验结果，交错并联CF-TAB功率变换器利用移相角传递能量的工作原理得到验证。2.4.2交错并联仿真分析设定参数为：端口电压Vb=48V，VC2=360V，电感L1=11μH，L2=33μH，开关管占空比D=0.6，开关频率f=100kHz。如图2-12所示为占空比D=0.6时，蓄电池电流ib与交错并联电感电流iLb1、iLb2的波形。由于同一桥臂的开关管互补导通，交错并联电感电流iLb1、iLb2的波形0.3999950.4000000.400005t/s-1000100vAB/V0.3999950.4000000.400005t/s-400-2000200400vCD/V0.3999950.4000000.400005t/s-10001000.3999950.4000000.400005t/s-400-2000200400it/V袋it/V
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-21-同样互补，与普通的电流源型功率变换器相比，减小了蓄电池输出电流纹波。按照所设定的工作条件，负载为1kW时，蓄电池电流的平均值为20.83A，由图可知电流纹波为0.862A，纹波为平均值的4.14%，保持在很低水平。通过波形以及对纹波的计算，可以看出交错并联电感的作用下，输入电流纹波可以保持在较低水平，说明交错并联结构可以有效降低电流纹波。图2-12蓄电池电流与交错并联电感电流2.5本章小结本章针对应用于家庭能源路由器的混合储能系统功率变换器相关问题展开了深入研究。首先，考虑混合储能系统对功率变换器安全性能、蓄电池保护性能以及易扩展性等方面的需求，设计了一种基于交错并联CF-TAB电路的三端口混合储能系统功率变换器拓扑结构，该拓扑能够实现低压端口与高压端口间的电气隔离，并能保证输入电流连续，且具有输入电流纹波孝输入电压范围广以及易于扩展等优点；其次，针对功率变换器工作过程与工作原理进行详细分析，并设计了一种硬件解耦策略，解除端口间传输功率与移相角的耦合关系，实现通过单个移相角控制端口间的传输功率，使交错并联CF-TAB功率变换器易于实现移相控制，为后续的控制方法设计奠定基础；最后，采用MATLAB/Simulink搭建仿真模型，通过仿真实验，验证了拓扑结构的有效性以及理论分析的正确性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊PI控制的EV-HESS能量利用效率优化[J]. 徐元中,肖菀莹,吴铁洲. 电源技术. 2019(10)
[2]混合储能系统功率自主分频控制方法[J]. 陈燕东,谭文娟,周小平,周乐明,杨苓,伍文华. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]基于遗传算法的电动汽车HESS功率优化分配[J]. 吴铁洲,薛竹山,向富超,张振东. 电气传动. 2019(02)
[4]基于离散傅里叶变换的主动配电网混合储能容量优化配置[J]. 钟国彬,吴涛,曾杰,谢开贵,王超,胡博. 电力建设. 2018(08)
[5]风储孤网系统运行与控制研究综述[J]. 叶鹏,李山,何淼,王刚,孙峰. 电力系统保护与控制. 2018(09)
[6]光储联合系统中储能电站的能量管理[J]. 姚波,樊艳芳. 可再生能源. 2017(02)
[7]基于串联谐振网络的三端口DC/DC变换器解耦方法[J]. 杨旭,王卫,王盼宝,刘桂花,王凯峰. 电网技术. 2017(02)
[8]直流微网系统中混合储能分频协调控制策略[J]. 李武华,徐驰,禹红斌,顾云杰,胡斯登,何湘宁. 电工技术学报. 2016(14)
[9]能源互联网技术形态与关键技术[J]. 田世明,栾文鹏,张东霞,梁才浩,孙耀杰. 中国电机工程学报. 2015(14)
[10]半桥式三端口变换器建模与解耦控制[J]. 张君君,吴红飞,曹锋,朱励历,邢岩. 中国电机工程学报. 2015(03)
硕士论文
[1]混合储能光伏并网系统的能量管理策略[D]. 张德帅.山东大学 2018
[2]基于自适应模糊策略的燃料电池车混合动力系统控制[D]. 徐陈锋.浙江大学 2017
[3]模糊控制技术在降压型开关电源中的应用研究[D]. 殷蓬勃.天津大学 2016
[4]燃料电池汽车DC-DC变换器的建模与控制[D]. 王跃.清华大学 2016
[5]分布式发电系统经济运行关键因素分析与优化[D]. 张艳杰.北京交通大学 2015
本文编号：2950254
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