双有源桥双向DC-DC变换器的研究

发布时间：2017-08-08 10:35

  本文关键词：双有源桥双向DC-DC变换器的研究

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【摘要】：随着经济和生产力的发展,煤、石油与天然气等传统能源的消耗与日剧增,高效清洁的光伏发电、风力发电等新型能源发电技术逐步受到人们的重视。但是这些新能源受到自然条件的影响,具有不稳定的特点,常常需要采用储能装置来平抑系统的波动。双向DC-DC变换器主要应用于太阳能电池阵列、不间断电源系统、燃料电池电源系统、端口混合供电系统及直流功率放大器,它可以实现能量的双向传输。本文的研究对象双有源桥(dual active bridge,DAB)双向DC-DC变换器就是一种应用在大功率场合的双向DC-DC变换器。它具有功率密度高、可以实现零电压开关(zero-voltage switching,ZVS)、能双向传输功率、效率高、结构对称且控制方法简单等优点。本文首先介绍了双有源桥双向DC-DC变换器的三种常用的控制方法(移相控制、单PWM加移相控制、双PWM加移相控制),分别分析了它们的工作原理和工作特性。其次,针对移相控制下双有源桥双向DC-DC变换器会出现直流偏移的问题,具体分析了产生的原因,并提出一种死区时间补偿策略来消除直流偏移。然后,由于传统的移相控制在低载时会失去零电压开关的能力,且环路电流较高,而双PWM加移相控制适合在低载下运行,但是随着负载增加,电感电流会陡增,其大小甚至会超过单PWM加移相控制的情况,因此提出一种多模式控制策略。在低载时采用双PWM加移相控制,随着负载的增加切换到单PWM加移相控制,若负载继续增加,在移相角为π/2时自然切换到移相控制。另外将一种优化PWM加移相控制的方法应用到多模式控制策略中,可以在实现零电压开关的同时减小电感电流有效值和峰值,从而提高变换器的效率。最后,在Matlab/Simulink软件中搭建了仿真模型,对提出的两种策略进行仿真。仿真结果表明死区时间补偿策略可很好地解决直流偏移的问题,而多模式控制策略使双有源桥双向DC-DC变换器在全负载范围内实现零电压开关,并获得更高的效率。
【关键词】：双有源桥 双向DC/DC变换器 零电压开关 直流偏移 多模式控制
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 背景及意义9-10
• 1.2 双有源桥双向DC-DC变换器10-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.4 研究内容和意义15-17
• 1.4.1 研究的内容15-16
• 1.4.2 研究的意义16-17
• 第二章 双有源桥双向DC-DC变换器的控制方法17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 移相控制17-20
• 2.2.1 移相控制的工作原理17-18
• 2.2.2 移相控制的工作特性18-20
• 2.3 单PWM加移相控制20-23
• 2.3.1 单PWM加移相控制的工作原理20-21
• 2.3.2 单PWM加移相控制的工作特性21-23
• 2.4 双PWM加移相控制23-25
• 2.4.1 双PWM加移相控制的工作原理23-24
• 2.4.2 双PWM加移相控制的工作特性24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 移相控制下直流偏移的消除策略26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 传统移相控制下的直流偏移26-28
• 3.3 动态控制策略28-30
• 3.3.1 控制时序28
• 3.3.2 动态控制策略28-30
• 3.4 死区时间补偿策略30-35
• 3.4.1 死区时间造成的误差30-34
• 3.4.2 补偿死区时间引起的开关角误差34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 双有源桥双向DC-DC变换器的多模式控制策略36-55
• 4.1 引言36
• 4.2 零电压开关范围36-47
• 4.2.1 移相控制的零电压开关范围36-38
• 4.2.2 单PWM加移相控制的零电压开关范围38-42
• 4.2.3 双PWM加移相控制的零电压开关范围42-47
• 4.3 多模式控制策略47-54
• 4.3.1 几种控制方法的比较47-49
• 4.3.2 工作模式的优化49-53
• 4.3.3 多模式控制策略的实现53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 电路参数设计与仿真研究55-67
• 5.1 引言55
• 5.2 主要参数设置55-59
• 5.2.1 变压器参数55-56
• 5.2.2 电感设计56-59
• 5.2.3 其他参数设置59
• 5.3 仿真结果及分析59-66
• 5.3.1 死区时间补偿策略的仿真分析59-62
• 5.3.2 多模式控制策略的仿真分析62-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 全文总结67
• 6.2 研究展望67-69
• 参考文献69-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间科研成果76

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本文编号：639569