宽电压范围的三端口变换器拓扑与控制策略研究
发布时间：2021-04-19 05:11
为了应对可再生能源如光能与风能等不稳定性和间歇性等问题,在新能源发电场合,利用三端口变换器提供额外的端口来连接储能设备以稳定功率供给的方法受到了广泛的关注。相对传统的利用两个两端口变换器的方法,三端口变换器尤其是非隔离型具有体积更小和成本更低等优点,但其端口间电压约束往往较为严重,不能实现任意端口间的升降压,这极大的限制了其应用场合,因此,对具有更宽电压范围特点的非隔离拓扑的及其控制策略的研究成为当下研究的一个热点。针对上述问题,提出了一种具有宽工作电压范围的非隔离三端口拓扑,该拓扑除了可实现任意端口间升降压变换,还具有更高的功率密度。拓扑由四开关Buck-Boost演变而来,通过在端口间添加电容,可同时减小与电容相连的两个端口的输出电压纹波,因此在同样纹波要求下,该拓扑所需滤波电容总量更少、系统的功率密度更高。除此之外,还通过理论分析证明了该电容的添加也有利于减小与之相连的两个端口总的滤波损耗。针对电路在宽工作电压范围下单一控制器参数无法实现稳定控制的问题,设计了一种分段建模补偿策略。在电压变化范围大时,利用单一工作点小信号模型来设计补偿器控制效果不佳,因此根据端口电压大小关系将电压...
【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】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三类传统三端口变换器结构
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-图1-1三类传统三端口变换器结构为了提高系统功率密度、简化控制方式，许多专家学者开展了对同时集成了输入、输出和双向端口的直流变换器的研究，这种电路在体积成本以及控制上较传统的三端口变换器都有很大优势，尤其是在航天电源领域，对高功率密度、体积孝重量轻及效率高等方面要求很高，基于这些优势，越来越多专家学者开展了更高集成度、宽电压变换范围、高可靠性的三端口变换器的研究。由于三端口电路有高功率密度、体积小和效率高等优点，在直流微电网系统、航天领域、风力及光伏发电并存的系统、新能源汽车以及等多个领域已经有了较为广泛的应用[3-9]。航天器负载对电源的性能要求很高，需要电源具有高功率密度、高可靠性以及稳定的功率供给能力等[10-14]。应用于航天领域在三端口电路与负载组成的系统如图1-2所示，三端口变换器的负载端此时与母线相连接，再通过母线直接或者通过直流变换器间接给各个负载供电。相对于使用传统的两端口变换器，显著的提高了航天器电源的可靠性及功率密度。图1-2航天一次电源结构图图1-3为风光互补发电系统，光伏端产生的功率受阳光强度及外界温度影响较大，具有周期性波动，无光时光伏输入端无法输出功率。风力发电受环境气候因素影响较为严重，输出功率波动较大，而风能和光能具有此强彼弱的特点，因此将风力发电与光伏发电结合形成的发电系统拥有稳定的功率输出。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-图1-1三类传统三端口变换器结构为了提高系统功率密度、简化控制方式，许多专家学者开展了对同时集成了输入、输出和双向端口的直流变换器的研究，这种电路在体积成本以及控制上较传统的三端口变换器都有很大优势，尤其是在航天电源领域，对高功率密度、体积孝重量轻及效率高等方面要求很高，基于这些优势，越来越多专家学者开展了更高集成度、宽电压变换范围、高可靠性的三端口变换器的研究。由于三端口电路有高功率密度、体积小和效率高等优点，在直流微电网系统、航天领域、风力及光伏发电并存的系统、新能源汽车以及等多个领域已经有了较为广泛的应用[3-9]。航天器负载对电源的性能要求很高，需要电源具有高功率密度、高可靠性以及稳定的功率供给能力等[10-14]。应用于航天领域在三端口电路与负载组成的系统如图1-2所示，三端口变换器的负载端此时与母线相连接，再通过母线直接或者通过直流变换器间接给各个负载供电。相对于使用传统的两端口变换器，显著的提高了航天器电源的可靠性及功率密度。图1-2航天一次电源结构图图1-3为风光互补发电系统，光伏端产生的功率受阳光强度及外界温度影响较大，具有周期性波动，无光时光伏输入端无法输出功率。风力发电受环境气候因素影响较为严重，输出功率波动较大，而风能和光能具有此强彼弱的特点，因此将风力发电与光伏发电结合形成的发电系统拥有稳定的功率输出。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光伏–储能集成功率模块的航天器分布式供电系统能量管理策略[J]. 沈冲,吴红飞,高尚,董晓锋. 中国电机工程学报. 2020(20)
[2]一种基于三端口模块的卫星电源分布式系统架构研究[J]. 毕超,闫奎,叶沙琳,洪峰. 微型机与应用. 2017(06)
[3]单Buck/Boost集成三端口双向DC/DC变换器研究[J]. 孙孝峰,刘飞龙,申彦峰,王立乔,卢志刚. 太阳能学报. 2016(01)
[4]采用耦合电感的Buck/Boost集成型三端口直流变换器[J]. 蒋丹,刘福鑫,毛韵雨,阮新波. 电力系统自动化. 2014(03)
博士论文
[1]宽运行范围三端口变换器拓扑与控制研究[D]. 张鹏程.华中科技大学 2018
硕士论文
[1]用于光储系统的三端口电源变换器及其控制策略研究[D]. 齐贤斌.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于数字控制的三端口电源变换器研究[D]. 王正.哈尔滨工业大学 2018
[3]电动汽车三端口全桥DC/DC变换器的研究[D]. 纪婧.浙江大学 2017
本文编号：3146900
【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】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三类传统三端口变换器结构
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-图1-1三类传统三端口变换器结构为了提高系统功率密度、简化控制方式，许多专家学者开展了对同时集成了输入、输出和双向端口的直流变换器的研究，这种电路在体积成本以及控制上较传统的三端口变换器都有很大优势，尤其是在航天电源领域，对高功率密度、体积孝重量轻及效率高等方面要求很高，基于这些优势，越来越多专家学者开展了更高集成度、宽电压变换范围、高可靠性的三端口变换器的研究。由于三端口电路有高功率密度、体积小和效率高等优点，在直流微电网系统、航天领域、风力及光伏发电并存的系统、新能源汽车以及等多个领域已经有了较为广泛的应用[3-9]。航天器负载对电源的性能要求很高，需要电源具有高功率密度、高可靠性以及稳定的功率供给能力等[10-14]。应用于航天领域在三端口电路与负载组成的系统如图1-2所示，三端口变换器的负载端此时与母线相连接，再通过母线直接或者通过直流变换器间接给各个负载供电。相对于使用传统的两端口变换器，显著的提高了航天器电源的可靠性及功率密度。图1-2航天一次电源结构图图1-3为风光互补发电系统，光伏端产生的功率受阳光强度及外界温度影响较大，具有周期性波动，无光时光伏输入端无法输出功率。风力发电受环境气候因素影响较为严重，输出功率波动较大，而风能和光能具有此强彼弱的特点，因此将风力发电与光伏发电结合形成的发电系统拥有稳定的功率输出。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-图1-1三类传统三端口变换器结构为了提高系统功率密度、简化控制方式，许多专家学者开展了对同时集成了输入、输出和双向端口的直流变换器的研究，这种电路在体积成本以及控制上较传统的三端口变换器都有很大优势，尤其是在航天电源领域，对高功率密度、体积孝重量轻及效率高等方面要求很高，基于这些优势，越来越多专家学者开展了更高集成度、宽电压变换范围、高可靠性的三端口变换器的研究。由于三端口电路有高功率密度、体积小和效率高等优点，在直流微电网系统、航天领域、风力及光伏发电并存的系统、新能源汽车以及等多个领域已经有了较为广泛的应用[3-9]。航天器负载对电源的性能要求很高，需要电源具有高功率密度、高可靠性以及稳定的功率供给能力等[10-14]。应用于航天领域在三端口电路与负载组成的系统如图1-2所示，三端口变换器的负载端此时与母线相连接，再通过母线直接或者通过直流变换器间接给各个负载供电。相对于使用传统的两端口变换器，显著的提高了航天器电源的可靠性及功率密度。图1-2航天一次电源结构图图1-3为风光互补发电系统，光伏端产生的功率受阳光强度及外界温度影响较大，具有周期性波动，无光时光伏输入端无法输出功率。风力发电受环境气候因素影响较为严重，输出功率波动较大，而风能和光能具有此强彼弱的特点，因此将风力发电与光伏发电结合形成的发电系统拥有稳定的功率输出。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光伏–储能集成功率模块的航天器分布式供电系统能量管理策略[J]. 沈冲,吴红飞,高尚,董晓锋. 中国电机工程学报. 2020(20)
[2]一种基于三端口模块的卫星电源分布式系统架构研究[J]. 毕超,闫奎,叶沙琳,洪峰. 微型机与应用. 2017(06)
[3]单Buck/Boost集成三端口双向DC/DC变换器研究[J]. 孙孝峰,刘飞龙,申彦峰,王立乔,卢志刚. 太阳能学报. 2016(01)
[4]采用耦合电感的Buck/Boost集成型三端口直流变换器[J]. 蒋丹,刘福鑫,毛韵雨,阮新波. 电力系统自动化. 2014(03)
博士论文
[1]宽运行范围三端口变换器拓扑与控制研究[D]. 张鹏程.华中科技大学 2018
硕士论文
[1]用于光储系统的三端口电源变换器及其控制策略研究[D]. 齐贤斌.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于数字控制的三端口电源变换器研究[D]. 王正.哈尔滨工业大学 2018
[3]电动汽车三端口全桥DC/DC变换器的研究[D]. 纪婧.浙江大学 2017
本文编号：3146900
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