新型部分并联高增益双向DC-DC变换器
发布时间：2020-09-17 20:31
随着化石能源的消耗带来愈来愈大的环境压力,可再生能源受到广泛关注。然而,由于可再生能源的不规律性和难预测性,在电网中大量接入可再生能源会降低电网运行的可靠性和稳定性。因此,作为可再生能源的缓冲,储能系统同样得到广泛关注。而电力电子变换器作为储能系统与电网、储能系统与可再生能源系统的接口,是未来电网中实现功率传递的关键。本文研制了一台采用氮化镓开关器件的新型部分并联高增益dc/dc变换器。该变换器具有高升压比、自动均流、结构简单、控制方便、可模块化扩展等优点。变换器高变压比由两个变压器实现,两个变压器高压侧绕组串联后,接至高压侧的有源全桥;两个变压器低压侧绕组分别接至两个外加电感,后分别接至两个有源全桥,两个低压侧有源全桥直流侧并联。由于变压器高压侧绕组串联,所以低压侧自动均流。首先推导了变换器的理想平均功率传输模型,得出该变换器与单相双有源桥dc/dc变换器理想平均功率传输模型一致的结论。然后考虑同桥臂上下管死区时间、开关器件导通电阻、开关器件反向续流损耗、变压器绕组损耗、外加电感绕组损耗,推导了变换器的有损耗平均功率传输模型,先使用PLECS和Matlab联合仿真验证了所建立模型的合理性,并与理想平均功率传输模型做了比较。然后基于推导的有损耗平均功率传输模型,发现并研究了降压变换时出现的功率平台现象。同时说明了功率平台现象产生的原因是电感电流在滞后桥的死区时间内换流,说明了各电路参数对功率平台特性的影响。在此基础上提出了在特定移相角范围内,功率平台导致的反功率现象,并给出由功率平台导致反功率现象的解释。接着给出样机的设计步骤。氮化镓开关器件选型的依据:建立了变换器功率密度、效率的数学模型,并依此优化选择开关频率;基于有损耗平均功率模型,优化设计了变压器匝比、电感值大小、死区时间;建立了电感电流无损耗模型,基于Maxwell仿真,结合计算,优化设计了磁性元件;给出了氮化镓开关器件外围电路的原理图和PCB设计;给出了样机的散热和机械结构设计;样机采用数字控制,同时给出了相关控制电路的原理图。最后给出磁性元件的实测参数,验证了第二章的PPDAB模型和第三章中有关功率平台现象分析,然后给出PPDAB样机性能的测试结果。样机的开关器件均采用氮化镓器件,开关频率300kHz,能够实现双向功率流动,正向功率传输最大功率1.67kW,最大效率99.58%;反向功率传输最大功率1.68kW,最大效率98.41%。最后给出使用氮化镓器件的总结。
【学位单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM46
【部分图文】：
能源使用对环境的负面影响。这也是人类生存发展面临的最大挑战之一。据估计，逡逑由于人口增加和经济增长，２０３５年的能源消耗将比２０１５年增加３４％［１］，从而不逡逑可避免地给环境保护带来更大压力。而电能是世界上增长最快的终端能源使用方逡逑式。据估计，２０３５年的全世界总发电量将比２０１５年增加５２％。为了减少传统发逡逑电方式对环境的负面影响（例如火力发电的废气、废料和核能发电的核废料），逡逑许多国家都支持可再生能源发电的研宄和建设，使得可再生能源发电成为世界上逡逑发展最快的发电方式［２，３］。据统计，可再生发电量的年平均增长率为３％，超过天逡逑然气发电的年平均增长率２．６％，核能发电的年平均增长率２．４％，和煤炭发电的逡逑年平均增长率１．９％⑴。逡逑然而，由于可再生能源的不规律性和不可预测性，大量接入可再生能源会对逡逑电网运行的可靠性和稳定性产生不利影响。解决该问题的一种较好方法，就是使逡逑用储能系统（ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ）作为可再生能源的缓冲⑷。图１－１是分布式逡逑电网（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋Ｇｒｉｄ）中４００Ｖ邋ＤＣ微型电网（Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ）的典型结构。该微逡逑型电网由太阳能发电系统、风能发电系统、储能系统、各类家用负载和电力电子逡逑变换器组成。配合以信息技术，对负载的用电特性进行预测，可以在电能供给和逡逑需求间达到平衔，从而提高供电的可靠件和稳定性［５］。其中＇电力电子变换器作逡逑
能源使用对环境的负面影响。这也是人类生存发展面临的最大挑战之一。据估计，逡逑由于人口增加和经济增长，２０３５年的能源消耗将比２０１５年增加３４％［１］，从而不逡逑可避免地给环境保护带来更大压力。而电能是世界上增长最快的终端能源使用方逡逑式。据估计，２０３５年的全世界总发电量将比２０１５年增加５２％。为了减少传统发逡逑电方式对环境的负面影响（例如火力发电的废气、废料和核能发电的核废料），逡逑许多国家都支持可再生能源发电的研宄和建设，使得可再生能源发电成为世界上逡逑发展最快的发电方式［２，３］。据统计，可再生发电量的年平均增长率为３％，超过天逡逑然气发电的年平均增长率２．６％，核能发电的年平均增长率２．４％，和煤炭发电的逡逑年平均增长率１．９％⑴。逡逑然而，由于可再生能源的不规律性和不可预测性，大量接入可再生能源会对逡逑电网运行的可靠性和稳定性产生不利影响。解决该问题的一种较好方法，就是使逡逑用储能系统（ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ）作为可再生能源的缓冲⑷。图１－１是分布式逡逑电网（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋Ｇｒｉｄ）中４００Ｖ邋ＤＣ微型电网（Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ）的典型结构。该微逡逑型电网由太阳能发电系统、风能发电系统、储能系统、各类家用负载和电力电子逡逑变换器组成。配合以信息技术，对负载的用电特性进行预测，可以在电能供给和逡逑需求间达到平衔，从而提高供电的可靠件和稳定性［５］。其中＇电力电子变换器作逡逑
文献［８］总结了双有源桥双向ｄｃ／ｄｃ变换器的典型拓扑，包括电压源型ＤＡＢ逡逑变换器、电流源，ＤＡＲ变换器和谐振甩ＤＡＲ变换器，叫Ｍ巾Ｔ源叩ＤＡＢ变拘逡逑器即如图１－２。电流源型ＤＡＢ和谐振型ＤＡＢ变换器如图１－３所示。逡逑Ｉ邋ｒ逦逦邋逦逦逦逦逡逑，一逦＼Ｓｕ邋ＶＳ，３邋Ｔ，逦＼ｓ２１邋、Ｓ２３逦士逡逑低逦Ｃ逦Q嬪义希
本文编号：2821198
【学位单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM46
【部分图文】：
能源使用对环境的负面影响。这也是人类生存发展面临的最大挑战之一。据估计，逡逑由于人口增加和经济增长，２０３５年的能源消耗将比２０１５年增加３４％［１］，从而不逡逑可避免地给环境保护带来更大压力。而电能是世界上增长最快的终端能源使用方逡逑式。据估计，２０３５年的全世界总发电量将比２０１５年增加５２％。为了减少传统发逡逑电方式对环境的负面影响（例如火力发电的废气、废料和核能发电的核废料），逡逑许多国家都支持可再生能源发电的研宄和建设，使得可再生能源发电成为世界上逡逑发展最快的发电方式［２，３］。据统计，可再生发电量的年平均增长率为３％，超过天逡逑然气发电的年平均增长率２．６％，核能发电的年平均增长率２．４％，和煤炭发电的逡逑年平均增长率１．９％⑴。逡逑然而，由于可再生能源的不规律性和不可预测性，大量接入可再生能源会对逡逑电网运行的可靠性和稳定性产生不利影响。解决该问题的一种较好方法，就是使逡逑用储能系统（ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ）作为可再生能源的缓冲⑷。图１－１是分布式逡逑电网（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋Ｇｒｉｄ）中４００Ｖ邋ＤＣ微型电网（Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ）的典型结构。该微逡逑型电网由太阳能发电系统、风能发电系统、储能系统、各类家用负载和电力电子逡逑变换器组成。配合以信息技术，对负载的用电特性进行预测，可以在电能供给和逡逑需求间达到平衔，从而提高供电的可靠件和稳定性［５］。其中＇电力电子变换器作逡逑
能源使用对环境的负面影响。这也是人类生存发展面临的最大挑战之一。据估计，逡逑由于人口增加和经济增长，２０３５年的能源消耗将比２０１５年增加３４％［１］，从而不逡逑可避免地给环境保护带来更大压力。而电能是世界上增长最快的终端能源使用方逡逑式。据估计，２０３５年的全世界总发电量将比２０１５年增加５２％。为了减少传统发逡逑电方式对环境的负面影响（例如火力发电的废气、废料和核能发电的核废料），逡逑许多国家都支持可再生能源发电的研宄和建设，使得可再生能源发电成为世界上逡逑发展最快的发电方式［２，３］。据统计，可再生发电量的年平均增长率为３％，超过天逡逑然气发电的年平均增长率２．６％，核能发电的年平均增长率２．４％，和煤炭发电的逡逑年平均增长率１．９％⑴。逡逑然而，由于可再生能源的不规律性和不可预测性，大量接入可再生能源会对逡逑电网运行的可靠性和稳定性产生不利影响。解决该问题的一种较好方法，就是使逡逑用储能系统（ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ）作为可再生能源的缓冲⑷。图１－１是分布式逡逑电网（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋Ｇｒｉｄ）中４００Ｖ邋ＤＣ微型电网（Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ）的典型结构。该微逡逑型电网由太阳能发电系统、风能发电系统、储能系统、各类家用负载和电力电子逡逑变换器组成。配合以信息技术，对负载的用电特性进行预测，可以在电能供给和逡逑需求间达到平衔，从而提高供电的可靠件和稳定性［５］。其中＇电力电子变换器作逡逑
文献［８］总结了双有源桥双向ｄｃ／ｄｃ变换器的典型拓扑，包括电压源型ＤＡＢ逡逑变换器、电流源，ＤＡＲ变换器和谐振甩ＤＡＲ变换器，叫Ｍ巾Ｔ源叩ＤＡＢ变拘逡逑器即如图１－２。电流源型ＤＡＢ和谐振型ＤＡＢ变换器如图１－３所示。逡逑Ｉ邋ｒ逦逦邋逦逦逦逦逡逑，一逦＼Ｓｕ邋ＶＳ，３邋Ｔ，逦＼ｓ２１邋、Ｓ２３逦士逡逑低逦Ｃ逦Q嬪义希
本文编号：2821198
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