宽范围蓄电池充放电系统变换器设计
发布时间：2021-01-09 08:15
为了缓解能源危机,有机结合集中式和分布式发电系统,微电网的研究与应用成为了热点,在实现电网与蓄电池能源交互的过程,双向变换器起到了关键性作用。蓄电池充放电系统,需要具备能量双向流动的功能,实现电压宽范围输入、宽范围输出,设计上存在较大难度。本课题围绕宽范围双向变换器展开,设计一台2.7k W用于蓄电池充放电的宽范围双向AC/DC变换器。依据本次双向变换器的设计需求,进行系统整体方案设计,选择全桥型双向AC/DC与CLLC型双向DC/DC进行级联,通过直流母线进行能量交互,实现整流变换与直流变换功能上的解耦,便于宽范围输入与宽范围输出的优化设计。针对双向全桥AC/DC进行原理分析和电路参数设计,构建对应的小信号模型,建立双闭环控制回路,实现正向整流、反向逆变功能的稳定调控。针对CLLC谐振变换器进行正反向工作模态和增益特性分析,对谐振腔参数进行优化设计,实现软开关特性,确保正反向高效运作,利用扩展函数法进行小信号建模和闭环设计,实现变换器稳定调控。设计母线调压控制策略,完成两级一体化控制,充分结合两级拓扑优势,实现宽范围输入与宽范围输出,提高系统稳定性。结合传统闭环控制和最优轨迹控制策略...
【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】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电流内环校正前后的开环Bode图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-30-舍弃一定的相角裕量，获取更快的响应速度。以穿越频率160Hz为目标进行设计，同时保持足够的相角裕量，与电流环设计计算过程相似，可以得到调节器KPv=6.00，KIv=2.60。对校正前和校正后的系统传函Bode图进行绘制，如图3-12所示，可以看出系统的动态响应特性有所改善，低频段的增益有所提高，并且系统仍然具有充足的稳定裕量，PI调节器满足预期设计需求。a)校正前b)校正后图3-12电压外环校正前后的开环Bode图3.4本章小结本章对全桥型双向AC/DC的工作原理和性能特征进行了分析，结合设计需求进行电路参数设计，利用状态空间平均法对全桥型双向AC/DC进行小信号模型建立，通过电流内环与电压外环的设计，实现全桥AC/DC的闭环控制，对校正前后系统的Bode图进行绘制，验证了校正的有效性。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-65-e)电压闭环信号处理f)输入信号采样g)PWM发生器图5-8双向AC/DC仿真平台搭建将电路设置在额定工况下，交流输入侧电压为220V，开关频率为20kHz，给定直流侧输出电压为485V，通过对输入电压、输入电流和输出电压波形进行监测，来测试电路的性能，仿真结果如图5-9所示。电压(V)电流(A)电压(V)时间t(s)0.8A交流侧电压vac交流侧电流iL直流侧电压vo图5-9双向AC/DC正向工作额定状态的仿真波形从仿真结果可以看出，输入电流信号能够较好地跟随输入电压信号，实现相位统一，电流波动控制在0.8A以内，存在电流畸变现象。输出电压稳定在485V附近，电压纹波低于2%，波形也较为平滑，能够保持系统稳定性，同时具有良好的输出特性。为了进一步对AC/DC的功率因数校正效果进行验证，利用Saber的傅里叶分析功能，对输入电流波形进行高次谐波分析，分析结果如
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源并网对电能质量的影响[J]. 徐嘉玮. 通信电源技术. 2020(05)
[2]分布式发电与微电网技术在电网中的应用[J]. 张浙波,叶飞宇,赵申轶. 科技创新导报. 2020(03)
[3]应用于电池化成的双向DC/DC变换器的设计[J]. 吴存鑫,王海欣,黄海宏. 电器与能效管理技术. 2019(16)
[4]基于时域分析的CLLC双向谐振变换器优化设计[J]. 王菲菲,张方禹,戴慧纯,王正仕. 电力电子技术. 2019(06)
[5]一种应用于储能系统的两级式直流变换器拓扑与设计[J]. 孔玮,屈克庆,孙凯,林翔,牟树君,周友. 电工电能新技术. 2019(08)
[6]适于不同规模储能电池组的模块化双级充电机研究[J]. 严干贵,李洪波,段双明,刘彦宇,朱微. 电测与仪表. 2018(23)
[7]一种高效同步整流有源箝位缓冲全桥DC/DC电路[J]. 李银宝,林维明,葛良安,童兴. 电力电子技术. 2018(03)
[8]二极管钳位型三电平APF电流环的分析和设计[J]. 张国荣,马催,於燕青,王啸飞. 电测与仪表. 2016(20)
[9]新型开关电容双向DC-DC变换器设计[J]. 马圣全,潘庭龙,纪志成. 电气传动. 2015(01)
[10]基于全寿命周期成本的配电网蓄电池储能系统的优化配置[J]. 向育鹏,卫志农,孙国强,孙永辉,沈海平. 电网技术. 2015(01)
博士论文
[1]CLLLC谐振型双向DC/DC变换器若干关键问题研究[D]. 陈启超.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]车载充电机PFC AC/DC变换器的高性能控制[D]. 曹灵灵.合肥工业大学 2017
[2]LLC谐振式双向全桥DC/DC变换器的研究[D]. 田凯哲.燕山大学 2016
[3]双有源全桥双向DC-DC变换器典型拓扑研究[D]. 周路遥.北京交通大学 2016
[4]5kW混合动力汽车用双向DC/DC变换器设计[D]. 冯柳鑫.浙江大学 2014
[5]双向LLC谐振变换器的设计[D]. 赵慧超.华北电力大学 2013
[6]铅酸蓄电池智能充电器研究与设计[D]. 肖有文.天津大学 2010
本文编号：2966294
【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】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电流内环校正前后的开环Bode图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-30-舍弃一定的相角裕量，获取更快的响应速度。以穿越频率160Hz为目标进行设计，同时保持足够的相角裕量，与电流环设计计算过程相似，可以得到调节器KPv=6.00，KIv=2.60。对校正前和校正后的系统传函Bode图进行绘制，如图3-12所示，可以看出系统的动态响应特性有所改善，低频段的增益有所提高，并且系统仍然具有充足的稳定裕量，PI调节器满足预期设计需求。a)校正前b)校正后图3-12电压外环校正前后的开环Bode图3.4本章小结本章对全桥型双向AC/DC的工作原理和性能特征进行了分析，结合设计需求进行电路参数设计，利用状态空间平均法对全桥型双向AC/DC进行小信号模型建立，通过电流内环与电压外环的设计，实现全桥AC/DC的闭环控制，对校正前后系统的Bode图进行绘制，验证了校正的有效性。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-65-e)电压闭环信号处理f)输入信号采样g)PWM发生器图5-8双向AC/DC仿真平台搭建将电路设置在额定工况下，交流输入侧电压为220V，开关频率为20kHz，给定直流侧输出电压为485V，通过对输入电压、输入电流和输出电压波形进行监测，来测试电路的性能，仿真结果如图5-9所示。电压(V)电流(A)电压(V)时间t(s)0.8A交流侧电压vac交流侧电流iL直流侧电压vo图5-9双向AC/DC正向工作额定状态的仿真波形从仿真结果可以看出，输入电流信号能够较好地跟随输入电压信号，实现相位统一，电流波动控制在0.8A以内，存在电流畸变现象。输出电压稳定在485V附近，电压纹波低于2%，波形也较为平滑，能够保持系统稳定性，同时具有良好的输出特性。为了进一步对AC/DC的功率因数校正效果进行验证，利用Saber的傅里叶分析功能，对输入电流波形进行高次谐波分析，分析结果如
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源并网对电能质量的影响[J]. 徐嘉玮. 通信电源技术. 2020(05)
[2]分布式发电与微电网技术在电网中的应用[J]. 张浙波,叶飞宇,赵申轶. 科技创新导报. 2020(03)
[3]应用于电池化成的双向DC/DC变换器的设计[J]. 吴存鑫,王海欣,黄海宏. 电器与能效管理技术. 2019(16)
[4]基于时域分析的CLLC双向谐振变换器优化设计[J]. 王菲菲,张方禹,戴慧纯,王正仕. 电力电子技术. 2019(06)
[5]一种应用于储能系统的两级式直流变换器拓扑与设计[J]. 孔玮,屈克庆,孙凯,林翔,牟树君,周友. 电工电能新技术. 2019(08)
[6]适于不同规模储能电池组的模块化双级充电机研究[J]. 严干贵,李洪波,段双明,刘彦宇,朱微. 电测与仪表. 2018(23)
[7]一种高效同步整流有源箝位缓冲全桥DC/DC电路[J]. 李银宝,林维明,葛良安,童兴. 电力电子技术. 2018(03)
[8]二极管钳位型三电平APF电流环的分析和设计[J]. 张国荣,马催,於燕青,王啸飞. 电测与仪表. 2016(20)
[9]新型开关电容双向DC-DC变换器设计[J]. 马圣全,潘庭龙,纪志成. 电气传动. 2015(01)
[10]基于全寿命周期成本的配电网蓄电池储能系统的优化配置[J]. 向育鹏,卫志农,孙国强,孙永辉,沈海平. 电网技术. 2015(01)
博士论文
[1]CLLLC谐振型双向DC/DC变换器若干关键问题研究[D]. 陈启超.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]车载充电机PFC AC/DC变换器的高性能控制[D]. 曹灵灵.合肥工业大学 2017
[2]LLC谐振式双向全桥DC/DC变换器的研究[D]. 田凯哲.燕山大学 2016
[3]双有源全桥双向DC-DC变换器典型拓扑研究[D]. 周路遥.北京交通大学 2016
[4]5kW混合动力汽车用双向DC/DC变换器设计[D]. 冯柳鑫.浙江大学 2014
[5]双向LLC谐振变换器的设计[D]. 赵慧超.华北电力大学 2013
[6]铅酸蓄电池智能充电器研究与设计[D]. 肖有文.天津大学 2010
本文编号：2966294
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