储能系统中多重化双向DC-DC变换技术的研究
发布时间：2021-11-28 13:30
当前,环境污染和能源短缺问题是全球面临的主要问题。为了满足低碳经济的发展要求,双向DC-DC变换器作为一种可以进行能量双向流动的端口,被广泛的应用到储能系统、电动汽车、航天等领域。本论文针对基于超级电容储能系统的双向变换技术进行了如下的研究。大功率场合,磁性器件的使用受到很大的限制,隔离型双向DC-DC变换器难以应用。对此,本文采用非隔离的多重化双向Buck/Boost变换器为主拓扑结构。首先,本文介绍了采用多重化拓扑结构可以减小电感电流纹波、减小开关管电压应力的优势。分析并研究两重化非隔离的双向Buck/Boost变换器的工作原理。为了使系统可以工作在高功率、大电流环境,使电路上下桥臂开关管互补导通,实现电路的软开关功能、减小电路的损耗。其次,以两重化非隔离的双向Buck/Boost变换器为例,对其主参数进行计算、选择。在电子元器件工作时,高的温度环境对于元器件工作的可靠性、稳定性、工作寿命会产生严重的影响。针对传统热分析计算周期长、结果不准确的问题,故本文采用ANYSYS有限元分析软件来观察IGBT,电感的发热情况。最后,本文针对多重化电路提出了一种基于峰值电流控制的新型控制方式,...
【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】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IGBT模块结构图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-30-图3-2IGBT模块结构图图3-3IGBT几何模型表3-4IGBT模块几何尺寸与材料参数结构名称长（mm）宽（mm）高（mm）导热系数Km/W密度(kg/m3)比热容℃kg/J基板2326033988900390衬板下焊料Sn/Pb204520.2249000170（DBC）下铜箔层204520.33988900390（DBC）陶瓷层212540.4273600840（DBC）上铜箔层192480.33988900390芯片下焊料12120.2339000225芯片12120.31572330703
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-31-本课题所用IGBT模块其内部由两个IGBT子单元构成半桥结构，每个IGBT子单元包括了四个IGBT芯片。对该模块进行ANSYS热仿真分析，绘制其几何模型图和几何尺寸如图3-3，表3-4所示。(2)IGBT热分析由前文计算当工作在额定电压280V，额定电流10A时，对于硬开关条件每个IGBT损耗为200.1W，所以每个IGBT芯片上施加的热生成体载荷为：IGBT93IGBT/4200.1/41.1610W/m0.0120.0120.0003PQV(3-28)观察硬开关条件下IGBT长时间工作下的情况，仿真时长设定为1min，热生成载荷体施加时间为40s。作用在IGBT芯片上。散热方式选择风冷散热，设置外部环境为28℃。对选择的IGBT模型施加热载荷并设置相应的边界条件，得到其40s时的截面温度场分布图，如图3-4所示。图3-4IGBT芯片截面温度场分布图通过观察IGBT芯片的温度场分布绘制相应的芯片温度与时间的关系曲线如图3-5所示。观察图中曲线，在40s之前由于施加热载荷，IGBT的芯片温度近似成线形上升，并在40s达到最高值105℃，随后温度下降。工作在硬开关的条件下，内部芯片温度上升可能会对系统的工作稳定性产生影响。软开关的工作方式不但可以减少损耗还可以保证开关器件工作的稳定性和其使用寿命。
【参考文献】：
期刊论文
[1]动态电压恢复器补偿相位跳变电压暂降的控制策略[J]. 张军,陈兵,王晖,浦天宇,史明明. 工业仪表与自动化装置. 2019(02)
[2]基于风力发电技术发展现状以及行业发展分析[J]. 柴向春,奎明玮. 中国新通信. 2018(21)
[3]风力发电技术发展现状以及行业发展分析[J]. 徐冬青. 中小企业管理与科技(中旬刊). 2017(12)
[4]基于变频-移相混合控制的L-LLC谐振双向DC-DC变换器[J]. 吕正,颜湘武,孙磊. 电工技术学报. 2017(04)
[5]一种超级电容器充放电测试方法的研究[J]. 田虓,孙谊. 现代电子技术. 2014(16)
[6]基于多电飞机概念下的飞机电气发展方向[J]. 吴秀杰,江鹏,杨彬彬,郭鹏,张睿纯. 电子世界. 2014(13)
[7]应用于储能系统的双向DC-DC变换器研究[J]. 王冕,田野,李铁民,陈国柱. 电工技术学报. 2013(08)
[8]Buck DC-DC效率分析[J]. 张实,戴庆元,罗超. 科学技术与工程. 2011(33)
[9]铅酸蓄电池充电技术的研究[J]. 李俄收,王远,吴文民. 蓄电池. 2010(06)
[10]储能技术在电气工程领域中的应用与展望[J]. 程时杰,李刚,孙海顺,文劲宇. 电网与清洁能源. 2009(02)
博士论文
[1]大功率双向DC-DC变换器拓扑结构及其分析理论研究[D]. 许海平.中国科学院研究生院（电工研究所） 2005
[2]软开关双向DC-DC变换器的研究[D]. 陈刚.浙江大学 2001
硕士论文
[1]基于无源无损软开关技术的双向DC-DC变换器研究[D]. 潘仑.哈尔滨工业大学 2017
[2]脉冲负载直流变换器输出动态响应的研究[D]. 范原.哈尔滨工业大学 2015
[3]超级电容恒功率充放电控制系统研究[D]. 袁金垒.大连理工大学 2015
[4]微电网用双向DC/DC变换器损耗及效率优化研究[D]. 郝世强.武汉理工大学 2012
[5]典型散热器热分析及优化设计平台开发[D]. 王永豪.西安电子科技大学 2012
[6]混合动力客车大功率双向DC-DC变换器的研究[D]. 范鑫.哈尔滨工业大学 2009
[7]开关电源并联数字均流技术的研究[D]. 李秋实.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3524512
【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】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IGBT模块结构图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-30-图3-2IGBT模块结构图图3-3IGBT几何模型表3-4IGBT模块几何尺寸与材料参数结构名称长（mm）宽（mm）高（mm）导热系数Km/W密度(kg/m3)比热容℃kg/J基板2326033988900390衬板下焊料Sn/Pb204520.2249000170（DBC）下铜箔层204520.33988900390（DBC）陶瓷层212540.4273600840（DBC）上铜箔层192480.33988900390芯片下焊料12120.2339000225芯片12120.31572330703
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-31-本课题所用IGBT模块其内部由两个IGBT子单元构成半桥结构，每个IGBT子单元包括了四个IGBT芯片。对该模块进行ANSYS热仿真分析，绘制其几何模型图和几何尺寸如图3-3，表3-4所示。(2)IGBT热分析由前文计算当工作在额定电压280V，额定电流10A时，对于硬开关条件每个IGBT损耗为200.1W，所以每个IGBT芯片上施加的热生成体载荷为：IGBT93IGBT/4200.1/41.1610W/m0.0120.0120.0003PQV(3-28)观察硬开关条件下IGBT长时间工作下的情况，仿真时长设定为1min，热生成载荷体施加时间为40s。作用在IGBT芯片上。散热方式选择风冷散热，设置外部环境为28℃。对选择的IGBT模型施加热载荷并设置相应的边界条件，得到其40s时的截面温度场分布图，如图3-4所示。图3-4IGBT芯片截面温度场分布图通过观察IGBT芯片的温度场分布绘制相应的芯片温度与时间的关系曲线如图3-5所示。观察图中曲线，在40s之前由于施加热载荷，IGBT的芯片温度近似成线形上升，并在40s达到最高值105℃，随后温度下降。工作在硬开关的条件下，内部芯片温度上升可能会对系统的工作稳定性产生影响。软开关的工作方式不但可以减少损耗还可以保证开关器件工作的稳定性和其使用寿命。
【参考文献】：
期刊论文
[1]动态电压恢复器补偿相位跳变电压暂降的控制策略[J]. 张军,陈兵,王晖,浦天宇,史明明. 工业仪表与自动化装置. 2019(02)
[2]基于风力发电技术发展现状以及行业发展分析[J]. 柴向春,奎明玮. 中国新通信. 2018(21)
[3]风力发电技术发展现状以及行业发展分析[J]. 徐冬青. 中小企业管理与科技(中旬刊). 2017(12)
[4]基于变频-移相混合控制的L-LLC谐振双向DC-DC变换器[J]. 吕正,颜湘武,孙磊. 电工技术学报. 2017(04)
[5]一种超级电容器充放电测试方法的研究[J]. 田虓,孙谊. 现代电子技术. 2014(16)
[6]基于多电飞机概念下的飞机电气发展方向[J]. 吴秀杰,江鹏,杨彬彬,郭鹏,张睿纯. 电子世界. 2014(13)
[7]应用于储能系统的双向DC-DC变换器研究[J]. 王冕,田野,李铁民,陈国柱. 电工技术学报. 2013(08)
[8]Buck DC-DC效率分析[J]. 张实,戴庆元,罗超. 科学技术与工程. 2011(33)
[9]铅酸蓄电池充电技术的研究[J]. 李俄收,王远,吴文民. 蓄电池. 2010(06)
[10]储能技术在电气工程领域中的应用与展望[J]. 程时杰,李刚,孙海顺,文劲宇. 电网与清洁能源. 2009(02)
博士论文
[1]大功率双向DC-DC变换器拓扑结构及其分析理论研究[D]. 许海平.中国科学院研究生院（电工研究所） 2005
[2]软开关双向DC-DC变换器的研究[D]. 陈刚.浙江大学 2001
硕士论文
[1]基于无源无损软开关技术的双向DC-DC变换器研究[D]. 潘仑.哈尔滨工业大学 2017
[2]脉冲负载直流变换器输出动态响应的研究[D]. 范原.哈尔滨工业大学 2015
[3]超级电容恒功率充放电控制系统研究[D]. 袁金垒.大连理工大学 2015
[4]微电网用双向DC/DC变换器损耗及效率优化研究[D]. 郝世强.武汉理工大学 2012
[5]典型散热器热分析及优化设计平台开发[D]. 王永豪.西安电子科技大学 2012
[6]混合动力客车大功率双向DC-DC变换器的研究[D]. 范鑫.哈尔滨工业大学 2009
[7]开关电源并联数字均流技术的研究[D]. 李秋实.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3524512
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