用于混合储能系统的双向DC-DC变换器及其控制策略研究

发布时间：2017-05-13 05:26

  本文关键词：用于混合储能系统的双向DC-DC变换器及其控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,混合储能技术开始应用于电动汽车和可再生能源发电系统中,相比传统单一储能体现出诸多优势。混合储能系统包含多个输入输出,其实现依赖于功率可以双向传输的多端口双向DC/DC系统,常规两端口双向DC/DC是各种多端口双向DC/DC系统的基础,两端口双向DC/DC通过组合和重构可以得到不同拓扑结构的多端口系统,其控制方法也可以推广到多端口双向DC/DC中。本文对两种常用的两端口双向DC/DC拓扑的控制方法展开研究,而高频磁耦合的多端口双向DC/DC因结构紧凑元件复用等诸多优点在混合储能应用中颇具研究价值,本文亦对其进行了一定的研究。传统移相控制的双向DC/DC变换器在端口电压不匹配时都存在环流增大、软开关范围变窄和损耗增加等诸多问题。为了解决这些问题,本文基于隔离型双主动全桥拓扑提出了新型PWM加移相控制方法,该方法通过计算控制脉冲的最优移相角和占空比,从而使变换器获得更好的工作性能,减小了电路内的环流功率、增大了软开关范围并改善了电路轻载时的工作特性。文中阐述了该控制方法的工作原理并建立其数学模型,基于数学模型与传统移相控制进行对比分析,并搭建了仿真模型和实验平台来验证其可行性和正确性。基于升压半桥-全桥两端口双向DC/DC拓扑,在总结已有控制方法的基础上本文提出PWM加双重移相的控制方法,该方法通过调整控制信号的占空比和计算内移相角,实现在端口电压不匹配的情况下完全消除电路中的环流功率,改善电路的工作特性。文中介绍了该控制方法的基本原理,分析了电路各工作模态下的换流过程并建立了数学模型,设计了应用于微网储能系统中端口电压变化时的控制策略,并进行了仿真分析和验证。高频磁耦的多端口双向DC/DC作为一种新型的多端口结构在混合储能中有很好的研究价值,文中以蓄电池-超级电容混合储能为应用背景,对高频磁耦合的全桥-双半桥三端口双向DC/DC进行研究。基于其简化模型分析了该拓扑的工作原理和稳态工作特性,建立了电路的状态空间模型和功率模型。针对全桥-双半桥三端口的非线性和多输入多输出之间的耦合问题设计了电流解耦控制策略,基于该控制策略搭建了仿真模型,并与未进行电流解耦控制的系统进行对比分析。文中最后进行了实验平台软件和硬件的设计。按照设计的参数搭建了小功率实验平台,设计了双主动全桥变换器的数字控制系统,进行了传统移相控制闭环实验,并在此试验平台上对文中关于双主动全桥变换器的理论分析和新型PWM加移相控制方法进行验证,为进一步研究双向DC/DC变换器在混合储能中的应用提供了技术基础。
【关键词】：双向DC/DC变换器 多端口 移相控制 混合储能 数字控制
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 课题的研究背景及意义12-13
• 1.2 课题研究现状13-16
• 1.2.1 混合储能研究现状13-15
• 1.2.2 混合储能的主要问题15-16
• 1.3 双向DC/DC变换器16-25
• 1.3.1 两端口双向DC/DC变换器17-20
• 1.3.2 多端口双向DC/DC变换器20-24
• 1.3.3 双向DC/DC主要控制方法24-25
• 1.4 本文所做工作25-27
• 第二章 隔离型双主动全桥双向DC/DC变换器及其控制方法研究27-43
• 2.1 拓扑及其工作原理27-28
• 2.2 传统移相控制28-33
• 2.2.1 传统控制的基本原理28-29
• 2.2.2 电压不匹配和功率环流问题29-30
• 2.2.3 稳态特性分析30-33
• 2.3 新型PWM加移相控制方法33-42
• 2.3.1 基本工作原理33-34
• 2.3.2 数学模型及功率特性34-38
• 2.3.3 与TPS控制的对比及分析38-39
• 2.3.4 仿真分析39-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 隔离型升压半桥-全桥双向DC/DC变换器控制方法研究43-56
• 3.1 新型PWM加双重移相控制43-47
• 3.1.1 控制方法原理43-45
• 3.1.2 变换器工作模态分析45-47
• 3.2 变换器的电路稳态分析47-51
• 3.2.1 数学模型和功率特性47-48
• 3.2.2 与TPS控制的对比及分析48-51
• 3.3 PWM加双重移相控制用于混合储能中的控制策略设计和仿真51-55
• 3.3.1 控制系统框图51-52
• 3.3.2 仿真分析52-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 全桥-双半桥三端口双向DC/DC的混合储能应用研究56-70
• 4.1 基本工作原理及稳态分析56-59
• 4.1.1 拓扑选取及其等效简化模型56-58
• 4.1.2 稳态工作特性58-59
• 4.2 数学模型59-64
• 4.2.1 简化的状态空间平均模型60-61
• 4.2.2 小信号模型61-63
• 4.2.3 功率模型63-64
• 4.3 控制系统设计64-66
• 4.4 蓄电池-超级电容混合储能仿真研究66-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 实验平台设计与实验结果70-86
• 5.1 系统总体构成70
• 5.2 实验平台硬件设计70-75
• 5.2.1 主电路参数设计71-74
• 5.2.2 采样调理电路设计74
• 5.2.3 驱动电路设计74-75
• 5.3 控制系统设计75-80
• 5.3.1 数字PI控制器的设计75-76
• 5.3.2 数字滤波器设计76-77
• 5.3.3 程序设计流程77
• 5.3.4 移相控制信号的生成方法77-78
• 5.3.5 新型PWM加移相控制控制信号的生成方法78-80
• 5.4 实验结果80-85
• 5.5 本章小结85-86
• 第六章 结论与展望86-88
• 6.1 论文主要类容总结86-87
• 6.2 不足与进一步研究的展望87-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-93
• 攻读硕士学位期间论文和专利93-94
• 附件94

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孟宪会;何宇;熊晓英;;航天器DC/DC变换器启动特性建模分析研究[J];航天器工程;2010年01期

2 胡兴柳,彭小兵,穆新华;SPWM逆变电源的单极性控制方式实现[J];机电工程;2004年01期

3 侯云海;关巍;林哲;;一种新型高效电容型非线性阻抗变换整流电路[J];长春工业大学学报(自然科学版);2006年01期

4 周涛;陆晓东;李媛;;功率半导体器件风冷散热器热阻计算[J];渤海大学学报(自然科学版);2011年03期

5 彭政;孙定浩;;一类隔离驱动电路的“剩余驱动”问题[J];空间控制技术与应用;2011年03期

6 马福昌;马英;周义仁;;感应式料位传感器智能信号源的研究[J];科技情报开发与经济;2007年04期

7 姜晨;任薛蓓;;基于DSC的单相PFC整流器的数字化设计与研究[J];科技信息;2011年17期

8 陈荣兆;;组合逆变充电在高性能发射机上的应用[J];雷达与对抗;2006年04期

9 张彦河,关海鸥;应用固态继电器实现无触点自动有载调压的研究[J];煤矿机械;2005年06期

10 冯晓艳;宣丽萍;;单相半桥可逆整流电路的电流控制方法[J];煤矿机械;2008年06期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 陈江辉;Buck型逆变器高阶系统布尔型滑模控制及反馈线性化最优控制研究[D];华南理工大学;2010年

2 陈武;多变换器模块串并联组合系统研究[D];南京航空航天大学;2009年

3 肖华锋;光伏发电高效利用的关键技术研究[D];南京航空航天大学;2010年

4 王勤;单原边绕组隔离型多输入变换器的研究[D];南京航空航天大学;2010年

5 盖志武;交流发电、逆变弧焊两用机的建模及仿真研究[D];东北林业大学;2004年

6 鞠洪新;分布式微网电力系统中多逆变电源的并网控制研究[D];合肥工业大学;2006年

7 梁永春;隔离Boost变换器和反激逆变器的研究[D];南京航空航天大学;2005年

8 马长山;永磁式双凸极电机新型驱动系统研究[D];南京航空航天大学;2007年

9 许爱国;城市轨道交通再生制动能量利用技术研究[D];南京航空航天大学;2009年

10 胡又平;生物乙醇燃料等离子体重整器研究[D];大连海事大学;2008年

  本文关键词：用于混合储能系统的双向DC-DC变换器及其控制策略研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：361681