双有源全桥DC-DC变换器的研究
发布时间：2021-09-22 12:15
化石燃料能源过度开采,不利于可持续发展。新能源发电的崛起,解决了不可再生能源短缺以及环境污染等问题,进一步促进了能够对电网的调配工作进行智能管理的能源互联网的形成和发展。其中,电力电子接口技术的故障隔离性能决定其安全性,对电网的管理以及调度能力也十分关键。双有源全桥DC-DC变换器中间带有高频变压器,两侧有源逆变桥完全对称,具有传输性能好、升压能力强、动态响应快、易于实现软开关技术等优点,深受国内外欢迎。为进一步提高DAB变换器升降压能力和效率,在原有拓扑结构的桥两侧加入准Z阻抗网络,结合成一种新的高升压能力直流变换器。该变换器控制策略也区别于以往的移相控制,采用PWM直通控制,升压能力强,无需设置死区时间,波形畸变率小,效率高,输出电能质量好。首先,本文介绍了准Z源DAB变换器的背景和研究现状,分析其拓扑结构以及各模态下的工作原理。针对于传统移相控制存在死区时间且控制复杂等问题,对其控制策略进行深入研究。通过状态平均法对全桥子电路和准Z阻抗网络子电路进行建模,整合出系统整体数学模型。深入研究了准Z源模块,根据直通状态和非直通状态的等效电路列写方程,推导出网络升压因子。接着,对引入的准...
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1双有源全桥DC-DC变换器的拓扑结构
第一章绪论5图1-2基于Z源的双有源全桥变换器的拓扑结构基于Z源的DAB变换器实际上是在逆变桥的两侧外面加入Z源网络，Z源两端再接入直流电压，其中，Z源网络主要由电感元件、电容元件和二极管等元器件连接构成，两个电感和电容相互交错连接起来构成新的拓扑结构，为了使电源只能单向流通，在Z源和输入直流电压中间加入了一个二极管[28]。Z源DAB变换器控制方式比较简单，只需控制一侧桥臂开关管的导通和关断即可，其工作模式也比较简单，只有三个状态，分别是零状态、直通状态和主动状态三个模式，其中在直通状态下，充电储存能量，达到进一步升压的作用[29]。此拓扑结构所用的控制方法可以不用设置死区时间，提高输出电能质量。基于Z源的DAB变换器依然有着许多问题，例如，启动时它的电流过冲会很大，在一些高压场所或者操作不当引起高压大电流情况下，开关管容易损坏，不利于变换器的维护和电源的稳定[30]。电压电流过冲会对一些关键器件造成较大的冲击，损害变换器的使用寿命。直通状态下时，只需控制一侧开关管全部开通，变压器被短路掉，完全与主电路隔开，输入电流会断续，不会连续流通[31]。目前准Z阻抗网络的提出，提高了变换器的升压能力，传输功率增大。该网络是由Z源网络研究改进得到的，被不断应用于变换器，无需设置死区时间，进一步提高了效率[32]。该变换器应用于光储系统中作为连接环节，使得蓄电池与光伏发电、母线负载相结合，能够更大效率的利用能源[33]。本文将准Z源网络与DAB变换器结合，构成新的拓扑结构如图1-3所示。
第一章绪论6图1-3基于准Z源的双有源全桥变换器的拓扑结构双有源全桥DC-DC变换器最早提出时，主要应用于电动汽车蓄电池充放电接口[34]。提出的具有更强升压能力的准Z源DAB变换器进一步提高了双向变换器的性能。它在Z源的基础上变换各器件连接方式，有效地解决了Z源变换器的一些问题，电容电压应力得倒明显改善，可以减小电容值，节约成本。此外，准Z源DAB变换器由于电感电容的存在，上下桥臂直通时不会出现短路的情况，致使变换器烧坏，因此控制驱动信号时不需要考虑死区时间，输出的电压纹波小，电能质量好，效率高，适用于高电压、中大功率场合[35]。准Z阻抗网络明显改善了Z源的不足，另外自身还具有一定的优势：（1）变换器输入端有LC滤波电路，使得输入电压电流连续，降低了电流纹波，对于风光储系统，光伏电池板发电作为输入，连续的输入电流可以使得输入电容减小，更加易于满足对元器件选择的要求。（2）对于基于Z源变换器，它阻抗网络中的各元器件承受的电压应力是相同的，而准Z阻抗网络不同，其拓扑结构中电感电容等器件受力不同，以图1-3中的准Z源网络为例，左侧电源后面连接的准Z源网络中电容C2的电压应力远远小于C1。（3）准Z源DAB变换器在输入侧和逆变部分的公共侧会有一个直流链，电磁干扰问题会大大减小[36]。为了提高DC-DC变换器性能，使其能够在直流微网、电动汽车、直流电源、新能源发电与储能结合系统中更加适用，国内外学者从双向传递、高频化、优化拓扑结构、改进控制算法、损耗分析等方面作了大量的研究和实验，取得了很大的进步，性能提升，其应用范围也相应拓宽了[37]。一开始双向变换器的性能较差，拓扑结构和控制算法存在很多不足，导致输出性能、效率等不满足要求。随着拓扑结构研究改进，控制算法也由单移相控制发?
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源并网及储能技术研究综述[J]. 孙晓,李妍. 通信电源技术. 2020(02)
[2]一种独立光伏发电系统双向变换器的控制（英文）[J]. 王卓. 机床与液压. 2019(24)
[3]新能源并网对电力系统电能质量的影响[J]. 张哲闻. 通信电源技术. 2019(12)
[4]宽输入全桥Buck-Boost变换器控制策略研究[J]. 王少斌,苏淑靖,任婷. 电子技术应用. 2019(12)
[5]基于改进P&O与MPC算法的光伏MPPT控制研究[J]. 李恒杰,李治廷,陈伟,曾贤强. 电源技术. 2019(11)
[6]基于Buck-Boost双向变换器的光伏路灯控制器设计[J]. 闫晓磊. 机电信息. 2019(18)
[7]太阳能光伏系统双向DC-DC变换器的设计[J]. 韩猛,李昊远,刘东立,胡思诚. 电动工具. 2019(03)
[8]一种新型准Z源DC-DC变换器[J]. 房绪鹏,赵扬,李昊舒,马伯龙. 电子器件. 2018(01)
[9]双向功率流电压型准Z源DC-DC变换器研究[J]. 房绪鹏,许伟,马伯龙. 电子器件. 2017(04)
[10]改进型准Z源DC-DC变换器在电动汽车上的应用[J]. 房绪鹏,马伯龙,于志学,秦明. 汽车技术. 2017(07)
硕士论文
[1]双向DC-DC变换器控制策略研究[D]. 沈学文.北京交通大学 2019
[2]双电池储能系统在光伏微网中应用的研究[D]. 朱长春.新疆大学 2019
[3]双向全桥DC-DC变换器的优化控制策略研究[D]. 李文君.安徽理工大学 2019
[4]移相双向全桥直流变换器的设计[D]. 侯瑞雯.东北农业大学 2019
[5]双有源桥式DC-DC变换器优化控制策略研究[D]. 宋超超.山东大学 2019
[6]反激式高频变压器优化设计与应用研究[D]. 顾伟华.南昌大学 2019
[7]基于混杂系统的DC/DC变换器预测函数PID控制研究[D]. 丁烨.安徽工业大学 2019
[8]风光储直流微电网电压控制研究[D]. 上官旭东.天津工业大学 2019
[9]移相全桥DC-DC变换器数字控制技术研究[D]. 刘维.吉林大学 2018
[10]适用于微电网的双向DC/DC变换器研究[D]. 林宇旷.浙江大学 2018
本文编号：3403744
【文章来源】：曲阜师范大学山东省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1双有源全桥DC-DC变换器的拓扑结构
第一章绪论5图1-2基于Z源的双有源全桥变换器的拓扑结构基于Z源的DAB变换器实际上是在逆变桥的两侧外面加入Z源网络，Z源两端再接入直流电压，其中，Z源网络主要由电感元件、电容元件和二极管等元器件连接构成，两个电感和电容相互交错连接起来构成新的拓扑结构，为了使电源只能单向流通，在Z源和输入直流电压中间加入了一个二极管[28]。Z源DAB变换器控制方式比较简单，只需控制一侧桥臂开关管的导通和关断即可，其工作模式也比较简单，只有三个状态，分别是零状态、直通状态和主动状态三个模式，其中在直通状态下，充电储存能量，达到进一步升压的作用[29]。此拓扑结构所用的控制方法可以不用设置死区时间，提高输出电能质量。基于Z源的DAB变换器依然有着许多问题，例如，启动时它的电流过冲会很大，在一些高压场所或者操作不当引起高压大电流情况下，开关管容易损坏，不利于变换器的维护和电源的稳定[30]。电压电流过冲会对一些关键器件造成较大的冲击，损害变换器的使用寿命。直通状态下时，只需控制一侧开关管全部开通，变压器被短路掉，完全与主电路隔开，输入电流会断续，不会连续流通[31]。目前准Z阻抗网络的提出，提高了变换器的升压能力，传输功率增大。该网络是由Z源网络研究改进得到的，被不断应用于变换器，无需设置死区时间，进一步提高了效率[32]。该变换器应用于光储系统中作为连接环节，使得蓄电池与光伏发电、母线负载相结合，能够更大效率的利用能源[33]。本文将准Z源网络与DAB变换器结合，构成新的拓扑结构如图1-3所示。
第一章绪论6图1-3基于准Z源的双有源全桥变换器的拓扑结构双有源全桥DC-DC变换器最早提出时，主要应用于电动汽车蓄电池充放电接口[34]。提出的具有更强升压能力的准Z源DAB变换器进一步提高了双向变换器的性能。它在Z源的基础上变换各器件连接方式，有效地解决了Z源变换器的一些问题，电容电压应力得倒明显改善，可以减小电容值，节约成本。此外，准Z源DAB变换器由于电感电容的存在，上下桥臂直通时不会出现短路的情况，致使变换器烧坏，因此控制驱动信号时不需要考虑死区时间，输出的电压纹波小，电能质量好，效率高，适用于高电压、中大功率场合[35]。准Z阻抗网络明显改善了Z源的不足，另外自身还具有一定的优势：（1）变换器输入端有LC滤波电路，使得输入电压电流连续，降低了电流纹波，对于风光储系统，光伏电池板发电作为输入，连续的输入电流可以使得输入电容减小，更加易于满足对元器件选择的要求。（2）对于基于Z源变换器，它阻抗网络中的各元器件承受的电压应力是相同的，而准Z阻抗网络不同，其拓扑结构中电感电容等器件受力不同，以图1-3中的准Z源网络为例，左侧电源后面连接的准Z源网络中电容C2的电压应力远远小于C1。（3）准Z源DAB变换器在输入侧和逆变部分的公共侧会有一个直流链，电磁干扰问题会大大减小[36]。为了提高DC-DC变换器性能，使其能够在直流微网、电动汽车、直流电源、新能源发电与储能结合系统中更加适用，国内外学者从双向传递、高频化、优化拓扑结构、改进控制算法、损耗分析等方面作了大量的研究和实验，取得了很大的进步，性能提升，其应用范围也相应拓宽了[37]。一开始双向变换器的性能较差，拓扑结构和控制算法存在很多不足，导致输出性能、效率等不满足要求。随着拓扑结构研究改进，控制算法也由单移相控制发?
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源并网及储能技术研究综述[J]. 孙晓,李妍. 通信电源技术. 2020(02)
[2]一种独立光伏发电系统双向变换器的控制（英文）[J]. 王卓. 机床与液压. 2019(24)
[3]新能源并网对电力系统电能质量的影响[J]. 张哲闻. 通信电源技术. 2019(12)
[4]宽输入全桥Buck-Boost变换器控制策略研究[J]. 王少斌,苏淑靖,任婷. 电子技术应用. 2019(12)
[5]基于改进P&O与MPC算法的光伏MPPT控制研究[J]. 李恒杰,李治廷,陈伟,曾贤强. 电源技术. 2019(11)
[6]基于Buck-Boost双向变换器的光伏路灯控制器设计[J]. 闫晓磊. 机电信息. 2019(18)
[7]太阳能光伏系统双向DC-DC变换器的设计[J]. 韩猛,李昊远,刘东立,胡思诚. 电动工具. 2019(03)
[8]一种新型准Z源DC-DC变换器[J]. 房绪鹏,赵扬,李昊舒,马伯龙. 电子器件. 2018(01)
[9]双向功率流电压型准Z源DC-DC变换器研究[J]. 房绪鹏,许伟,马伯龙. 电子器件. 2017(04)
[10]改进型准Z源DC-DC变换器在电动汽车上的应用[J]. 房绪鹏,马伯龙,于志学,秦明. 汽车技术. 2017(07)
硕士论文
[1]双向DC-DC变换器控制策略研究[D]. 沈学文.北京交通大学 2019
[2]双电池储能系统在光伏微网中应用的研究[D]. 朱长春.新疆大学 2019
[3]双向全桥DC-DC变换器的优化控制策略研究[D]. 李文君.安徽理工大学 2019
[4]移相双向全桥直流变换器的设计[D]. 侯瑞雯.东北农业大学 2019
[5]双有源桥式DC-DC变换器优化控制策略研究[D]. 宋超超.山东大学 2019
[6]反激式高频变压器优化设计与应用研究[D]. 顾伟华.南昌大学 2019
[7]基于混杂系统的DC/DC变换器预测函数PID控制研究[D]. 丁烨.安徽工业大学 2019
[8]风光储直流微电网电压控制研究[D]. 上官旭东.天津工业大学 2019
[9]移相全桥DC-DC变换器数字控制技术研究[D]. 刘维.吉林大学 2018
[10]适用于微电网的双向DC/DC变换器研究[D]. 林宇旷.浙江大学 2018
本文编号：3403744
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