基于开关电容的三端口直流变换器的研究

发布时间：2017-11-07 14:40

  本文关键词：基于开关电容的三端口直流变换器的研究

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【摘要】：多端口变换器可实现可再生能源输入源、储能装置以及负载的集中功率管理与控制,具有体积成本低、系统效率高、可靠性高等优点。在多端口变换器中引入开关电容技术,可以改善变换器性能。目前提出的开关电容多输入拓扑都包含两个电感,系统的体积、成本和电磁问题显著增加,且不能实现储能端口的双向功率流动。本文基于单电感双输入Buck和Boost变换器,利用开关电容分别构造出了几种新型电路拓扑,其中双输入Buck拓扑提高了系统可再生能源端口容错性,同时降低了储能输入源的电压等级,而双输入Boost拓扑提高了输出升压能力。论文分别给出了这两类拓扑的构成思想以及开关电容升压原理。通过对开关电容双输入Buck和Boost型拓扑进行对比,选择了一种输入源串联连接的Buck变换器作为载体,利用直接增加电流路径的方法,得到一种三端口拓扑,实现了储能单元的双向功率流动。论文详细介绍了三端口Buck变换器的三种工作模式,并对各个模式下的输入输出关系进行了推导;分析了变换器的开关电容升压性能,充分考虑电路寄生参数,建立了开关电容充放电模型,给出了电容电压纹波系数、充电电流以及充电效率的影响因素;针对可再生能源-蓄电池系统工况,设计了变换器的能量管理控制方案;为保证系统在三种工作模式下均具有较高的稳定性和快速性,分别建立了变换器三种模式下的小信号数学模型,并利用解耦矩阵对闭环调节器进行了设计。利用PSIM对三端口Buck变换器的原理和能量管理控制策略进行仿真。同时,在实验室搭建了一台负载最大功率为240W的三端口Buck变换器实验样机,对变换器主要硬件参数和软件程序进行了设计。仿真和实验结果均证明了变换器的可行性以及能量管理的正确性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46

【参考文献】

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1 唐荣波;侯世英;陈剑飞;;基于关电容网络的双输入升压变换器[J];电网技术;2014年01期

2 侯世英;陈剑飞;孙韬;王俪蓉;王玉峰;;基于开关电容网络的DC-DC变换器[J];电工技术学报;2014年10期

3 廖志凌;阮新波;;独立光伏发电系统能量管理控制策略[J];中国电机工程学报;2009年21期

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本文编号：1152871