用于光储系统的三端口变换器及多峰值MPPT研究
发布时间：2022-02-14 19:47
近年来世界环境问题日益严峻,推动了可再生能源发电以及光伏储能领域不断发展。传统的光伏储能系统使用多级变换器,主要存在变换器功率密度低,效率低等问题。本文研究的升压与双向降压变换器（3BC）将光伏端,储能端以及负载端集成为一体,实现了光伏电池最大功率点跟踪,电池充放电的控制以及负载电压的稳定,提升了光伏储能变换器的功率密度,并且该变换器具有模块化结构,拥有功率拓展的能力。对3BC的拓扑结构进行介绍,对其工作原理进行分析,确定应用于3BC拓扑的双环控制结构以及双域控制策略,对变换器的环路补偿器进行设计。在双环双域控制的基础上,对变换器多模块并联稳定性的提升进行了研究。3BC的MPPT控制域的电流内环相位特性存在中频段骤减问题,给电压调节器设计带来了困难,并且变换器并联数增加会导致幅频曲线上升,使得穿越频率右移至中频段,导致控制稳定性变差。本文采用了一种自适应三环控制方法,保留原有双域控制策略,改变双环控制结构,在电压外环和电流内环之间加入一个辅助环,当工况变化使得内环传递函数造成改变时,辅助环可以自适应地将内环整形,使得电压调节器可以适应各类工况。通过时域和频域仿真验证了三环双域控制方法的...
【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】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TAB变换器[15]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-文献[15]采用的应用于电动汽车储能领域的TAB变换器如图1-1所示。储能电池与超级电容为左侧两路电源输入，右侧为负载，其特点是储能电池与超级电容各自独立或者两者一起向负载传送能量，并且可以实现能量反向流动，利用开关管的结电容与变压器漏感进行串联谐振，可以实现软开关，具有较高的效率。图1-1TAB变换器[15]部分隔离型变换器通常是第一个与第二个端口之间不隔离，而第三个端口与前两个端口隔离，两个不隔离的端口作为电源端口和储能端口，第三个端口作为负载端口，部分隔离型变换器相比完全隔离变换器可以实现功率器件的复用，提升了变换器功率密度和效率[16-19]。图1-2H桥三端口变换器[19]文献[19]提出了一种适用于宽输入电压范围的H桥三端口变换器（Three-portH-bridgeconverter,HB-TPC）如图1-2所示，其拓扑结构是由H桥变换器转变得到，变压器原边激磁电感Lm同时用作原边H桥升降压变换
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-器的滤波电感，用于实现输入源和蓄电池之间的功率变换，即变换器采用了电感与变压器复用的方式。该变换器能够实现各个端口的能量管理，具有输入源电压可在宽范围内变化，拓扑简洁且集成度高，所有开关管可以工作在软开关状态，效率高等优点。非隔离型变换器主要采用调节开关管占空比的控制方式来控制每个端口的能量流动，控制环路各自独立方便控制，具有功率密度高，结构简单的优点，缺点是没有变压器的情况下升压比较小，适用于各个端口电压等级相差不大的场合[20-24]。非隔离变换器主要应用于航天电源等对功率密度要求高的场合，航天电源需求高效率，轻量化，占地空间小，需要采取新的技术或拓扑不断优化提升变换器的功率密度，目前主要采取功率器件复用、磁集成以及软开关等方法提升功率密度和效率[25-28]。图1-3一种三电平三端口变换器[24]文献[24]提出了一种三电平三端口双向变换器（Three-LevelThree-portBidirectionalDC-DCConverter,TLTPBC）如图1-3所示，其中VPV是光伏电池电压，Vbat是电池电压，Vo是输出电压。两个相同的电容器C1和C2串联起到输出滤波的作用，保证能量源源不断地流向负载，当光伏输入源缺少能量时，可以通过双向电池端口进行供能。另外，由于三电平的固有特性，半导体开关管的最大电压应力只有输出电压的一半，使得变换器更容易应用于中高压场合，降低电压应力的同时降低了器件成本并提升了效率。文献[25]提出了一种新型的软开关非隔离变换器，如图1-4所示。该变换器具有输入电源的单向功率端口和储能电源的双向功率端口的结构。变换器中使用的开关管都工作在零电压开关状态（ZVS），因此开关损耗显著降
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于云层分布规律与太阳光跟踪的光伏电站MPPT策略[J]. 陶仁峰,李凤婷,李永东,付林,辛超山. 电力系统自动化. 2018(05)
[2]改进型扰动观察法在光伏MPPT中的研究[J]. 荣德生,刘凤. 电力系统及其自动化学报. 2017(03)
[3]分析光伏电站输出特性的云遮挡太阳辐射模型[J]. 李盼,吴江,管晓宏,郑晗旭,焦春亭,王岱. 西安交通大学学报. 2013(08)
[4]具有功率解耦功能的三端口反激式单级光伏微型逆变器[J]. 胡海兵,黄宵驳,王万宝,吴红飞,邢岩. 中国电机工程学报. 2013(12)
[5]一种适用于宽输入电压范围的三端口变换器[J]. 陈润若,吴红飞,邢岩. 中国电机工程学报. 2012(27)
[6]双模糊控制法在光伏并网发电系统MPPT中的应用[J]. 李兴鹏,石庆均,江全元. 电力自动化设备. 2012(08)
[7]粒子群优化算法在光伏阵列多峰最大功率点跟踪中的应用[J]. 朱艳伟,石新春,但扬清,李鹏,刘文颖,魏德冰,付超. 中国电机工程学报. 2012(04)
[8]复杂光照环境下光伏阵列输出特性研究[J]. 吴小进,魏学业,于蓉蓉,韩磊. 中国电机工程学报. 2011(S1)
[9]独立光伏发电系统能量管理控制策略[J]. 廖志凌,阮新波. 中国电机工程学报. 2009(21)
[10]被部分遮挡的串联光伏组件输出特性[J]. 翟载腾,程晓舫,丁金磊,查珺. 中国科学技术大学学报. 2009(04)
硕士论文
[1]有移动云阴影遮蔽的光伏阵列模型及MPPT算法研究[D]. 滕哲铭.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3625162
【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】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TAB变换器[15]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-文献[15]采用的应用于电动汽车储能领域的TAB变换器如图1-1所示。储能电池与超级电容为左侧两路电源输入，右侧为负载，其特点是储能电池与超级电容各自独立或者两者一起向负载传送能量，并且可以实现能量反向流动，利用开关管的结电容与变压器漏感进行串联谐振，可以实现软开关，具有较高的效率。图1-1TAB变换器[15]部分隔离型变换器通常是第一个与第二个端口之间不隔离，而第三个端口与前两个端口隔离，两个不隔离的端口作为电源端口和储能端口，第三个端口作为负载端口，部分隔离型变换器相比完全隔离变换器可以实现功率器件的复用，提升了变换器功率密度和效率[16-19]。图1-2H桥三端口变换器[19]文献[19]提出了一种适用于宽输入电压范围的H桥三端口变换器（Three-portH-bridgeconverter,HB-TPC）如图1-2所示，其拓扑结构是由H桥变换器转变得到，变压器原边激磁电感Lm同时用作原边H桥升降压变换
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-器的滤波电感，用于实现输入源和蓄电池之间的功率变换，即变换器采用了电感与变压器复用的方式。该变换器能够实现各个端口的能量管理，具有输入源电压可在宽范围内变化，拓扑简洁且集成度高，所有开关管可以工作在软开关状态，效率高等优点。非隔离型变换器主要采用调节开关管占空比的控制方式来控制每个端口的能量流动，控制环路各自独立方便控制，具有功率密度高，结构简单的优点，缺点是没有变压器的情况下升压比较小，适用于各个端口电压等级相差不大的场合[20-24]。非隔离变换器主要应用于航天电源等对功率密度要求高的场合，航天电源需求高效率，轻量化，占地空间小，需要采取新的技术或拓扑不断优化提升变换器的功率密度，目前主要采取功率器件复用、磁集成以及软开关等方法提升功率密度和效率[25-28]。图1-3一种三电平三端口变换器[24]文献[24]提出了一种三电平三端口双向变换器（Three-LevelThree-portBidirectionalDC-DCConverter,TLTPBC）如图1-3所示，其中VPV是光伏电池电压，Vbat是电池电压，Vo是输出电压。两个相同的电容器C1和C2串联起到输出滤波的作用，保证能量源源不断地流向负载，当光伏输入源缺少能量时，可以通过双向电池端口进行供能。另外，由于三电平的固有特性，半导体开关管的最大电压应力只有输出电压的一半，使得变换器更容易应用于中高压场合，降低电压应力的同时降低了器件成本并提升了效率。文献[25]提出了一种新型的软开关非隔离变换器，如图1-4所示。该变换器具有输入电源的单向功率端口和储能电源的双向功率端口的结构。变换器中使用的开关管都工作在零电压开关状态（ZVS），因此开关损耗显著降
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于云层分布规律与太阳光跟踪的光伏电站MPPT策略[J]. 陶仁峰,李凤婷,李永东,付林,辛超山. 电力系统自动化. 2018(05)
[2]改进型扰动观察法在光伏MPPT中的研究[J]. 荣德生,刘凤. 电力系统及其自动化学报. 2017(03)
[3]分析光伏电站输出特性的云遮挡太阳辐射模型[J]. 李盼,吴江,管晓宏,郑晗旭,焦春亭,王岱. 西安交通大学学报. 2013(08)
[4]具有功率解耦功能的三端口反激式单级光伏微型逆变器[J]. 胡海兵,黄宵驳,王万宝,吴红飞,邢岩. 中国电机工程学报. 2013(12)
[5]一种适用于宽输入电压范围的三端口变换器[J]. 陈润若,吴红飞,邢岩. 中国电机工程学报. 2012(27)
[6]双模糊控制法在光伏并网发电系统MPPT中的应用[J]. 李兴鹏,石庆均,江全元. 电力自动化设备. 2012(08)
[7]粒子群优化算法在光伏阵列多峰最大功率点跟踪中的应用[J]. 朱艳伟,石新春,但扬清,李鹏,刘文颖,魏德冰,付超. 中国电机工程学报. 2012(04)
[8]复杂光照环境下光伏阵列输出特性研究[J]. 吴小进,魏学业,于蓉蓉,韩磊. 中国电机工程学报. 2011(S1)
[9]独立光伏发电系统能量管理控制策略[J]. 廖志凌,阮新波. 中国电机工程学报. 2009(21)
[10]被部分遮挡的串联光伏组件输出特性[J]. 翟载腾,程晓舫,丁金磊,查珺. 中国科学技术大学学报. 2009(04)
硕士论文
[1]有移动云阴影遮蔽的光伏阵列模型及MPPT算法研究[D]. 滕哲铭.哈尔滨工业大学 2012
本文编号：3625162
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