燃料电池用DC/DC变换器模型预测控制研究与实现
发布时间：2021-12-31 15:26
随着新能源发电技术的迅猛发展,燃料电池技术也受到越来越多的关注。然而,燃料电池的输出特性较软且动态响应慢,需要使用专门的DC/DC变换器将其输出能量转化为可利用的电能,因此相应的DC/DC变换器的研究也是一大热点。为了降低燃料电池输出纹波,提高变换器的转换效率及动态响应性能,本文开展了燃料电池用DC/DC变换器模型预测控制的研究,主要内容如下:设计了燃料电池用DC/DC变换器的拓扑结构。根据需求分析及技术参数的要求,设计了一种两级式、高升压比、低纹波率的DC/DC变换器,其中前级为交错并联Boost变换器,后级为自耦移相全桥升压电路。同时,对功率电路的参数进行了计算并完成器件选型,设计了散热器的规格参数,搭建了热仿真模型并完成热仿真。建立了燃料电池用DC/DC变换器的预测模型。由于变换器为两级式结构,且前后两级可以独立控制,因此,基于KCL定律及KVL定律,分别列出了前后级电路在每个周期内的状态空间方程,得到了连续时域下的数学模型。离散化数学模型,引入预测时域P及控制时域M,即得到了完整的预测模型,为变换器的模型预测控制器的设计奠定了基础。设计了模型预测控制器。基于变换器的预测模型,引...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机箱热仿真模型
21示的散热器的实际尺寸。表2-2散热器尺寸长度宽度基板厚度翅片高度翅片厚度翅片页数500mm200mm11mm69mm1mm41除此之外，选用风量为151CFM的风扇，根据上述散热器的尺寸以及风扇和功率电路中其他元器件的尺寸，基于ICEPAK17.0软件环境搭建了如图2-5所示的机箱热仿真模型。图2-5机箱热仿真模型如图2-5所示，下侧深色长条形模块为散热器，其背部四个红色热源为实际的IGBT及二极管模块，四个风量为151CFM的风扇并排固定于机箱后侧即图2-5右侧。在对模型进行网格生成及求解计算后，得到如图2-6所示的仿真结果，显示最高温度为57.4oC，完全符合机箱内部最高温度不超过65oC的要求。图2-6机箱热仿真温度云图
36大的情况；相反，代表跟踪误差的权重系数1q、2q相比于代表平滑度的权重系数1r、2r越小，被控目标的稳态误差变大，电流波形偏离正常要求的轨迹。因此，需要通过MATLAB/Simulink软件环境进行仿真来确定前后级电路模型预测控制器权重系数的大校首先确定前级两相交错并联Boost升压电路的权重系数。通过仿真可知，由于前级升压电路的两相支路输入电流为直流量，在电路达到稳定后，控制系统的控制变量1u(k)几乎保持不变，因此，可以理解为其价值函数1J(k)中的第二项111()()TUkRUk是几乎保持恒定不变的，经过对其进行MATLAB/Simulink仿真，选取1q=10，21r10=。然后确定后级自耦移相全桥升压电路的权重系数，同理，通过仿真可知，由于变换器输出电流为直流量，在电路达到稳定后，控制系统的控制变量2u(k)几乎保持不变，可以理解为其价值函数2J(k)中的第二项222()()TUkRUk是几乎保持不变的，经过对其进行MATLAB/Simulink仿真，选取2q=100，21r10=。4.4仿真对比与结果分析为了验证本文所设计的模型预测控制器的有效性，本节将对变换器进行基于MATLAB/Simulink的仿真，主电路的参数设计及控制器的参数选择已经在上述章节得出，这里将不再给出。根据主电路参数以及相对应的预测控制器的参数，搭建了基于MATLAB/Simulink及模型预测控制器的仿真模型，如图4-1所示，通过在图4-1所示仿真模型的子系统模块MPC_Boost_I及MPC_CPSFB_I中利用S-Function构建模型预测控制器，实现对目标的精确控制。设置好合适的powergui采样周期即可进行仿真实验，本文设置为10-7s。图4-1基于预测控制的变换器仿真模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于新型高增益Boost变换器的仿真研究[J]. 丁敏,吴桂清,胡锦. 电气工程学报. 2018(10)
[2]基于SiC功率器件的大功率DC—DC变换器[J]. 马后成,周晓敏,高大威. 工程科学学报. 2017(08)
[3]基于双边界圆限定策略的感应电机预测控制研究[J]. 齐昕,付永星,周晓敏,周珂,马祥华. 中国电机工程学报. 2017(01)
[4]改进有限集模型预测控制策略在三相级联并网逆变器中的应用[J]. 贾冠龙,李冬辉,姚乐乐. 电网技术. 2017(01)
[5]燃料电池DC/DC变换器的设计[J]. 王晔. 电源技术. 2016(08)
[6]一种燃料电池轿车用大功率DC/DC变换器[J]. 彭再武,王坚,毛懿坪. 大功率变流技术. 2013(02)
[7]燃料电池技术的发展现状[J]. 陈彬剑,方肇洪. 节能与环保. 2004(08)
博士论文
[1]直流—直流自耦变压器扩展技术研究[D]. 左文平.华中科技大学 2017
硕士论文
[1]大功率燃料电池DC/DC变换器研究[D]. 白志豪.北京交通大学 2018
[2]空冷燃料电池/锂电池混合动力系统设计[D]. 刘涛.西南交通大学 2017
[3]燃料电池用DC-DC变换器控制策略研究[D]. 卓生荣.西北工业大学 2017
[4]燃料电池汽车DC-DC变换器拓扑结构的研究[D]. 刘劼勋.清华大学 2016
本文编号：3560502
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机箱热仿真模型
21示的散热器的实际尺寸。表2-2散热器尺寸长度宽度基板厚度翅片高度翅片厚度翅片页数500mm200mm11mm69mm1mm41除此之外，选用风量为151CFM的风扇，根据上述散热器的尺寸以及风扇和功率电路中其他元器件的尺寸，基于ICEPAK17.0软件环境搭建了如图2-5所示的机箱热仿真模型。图2-5机箱热仿真模型如图2-5所示，下侧深色长条形模块为散热器，其背部四个红色热源为实际的IGBT及二极管模块，四个风量为151CFM的风扇并排固定于机箱后侧即图2-5右侧。在对模型进行网格生成及求解计算后，得到如图2-6所示的仿真结果，显示最高温度为57.4oC，完全符合机箱内部最高温度不超过65oC的要求。图2-6机箱热仿真温度云图
36大的情况；相反，代表跟踪误差的权重系数1q、2q相比于代表平滑度的权重系数1r、2r越小，被控目标的稳态误差变大，电流波形偏离正常要求的轨迹。因此，需要通过MATLAB/Simulink软件环境进行仿真来确定前后级电路模型预测控制器权重系数的大校首先确定前级两相交错并联Boost升压电路的权重系数。通过仿真可知，由于前级升压电路的两相支路输入电流为直流量，在电路达到稳定后，控制系统的控制变量1u(k)几乎保持不变，因此，可以理解为其价值函数1J(k)中的第二项111()()TUkRUk是几乎保持恒定不变的，经过对其进行MATLAB/Simulink仿真，选取1q=10，21r10=。然后确定后级自耦移相全桥升压电路的权重系数，同理，通过仿真可知，由于变换器输出电流为直流量，在电路达到稳定后，控制系统的控制变量2u(k)几乎保持不变，可以理解为其价值函数2J(k)中的第二项222()()TUkRUk是几乎保持不变的，经过对其进行MATLAB/Simulink仿真，选取2q=100，21r10=。4.4仿真对比与结果分析为了验证本文所设计的模型预测控制器的有效性，本节将对变换器进行基于MATLAB/Simulink的仿真，主电路的参数设计及控制器的参数选择已经在上述章节得出，这里将不再给出。根据主电路参数以及相对应的预测控制器的参数，搭建了基于MATLAB/Simulink及模型预测控制器的仿真模型，如图4-1所示，通过在图4-1所示仿真模型的子系统模块MPC_Boost_I及MPC_CPSFB_I中利用S-Function构建模型预测控制器，实现对目标的精确控制。设置好合适的powergui采样周期即可进行仿真实验，本文设置为10-7s。图4-1基于预测控制的变换器仿真模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于新型高增益Boost变换器的仿真研究[J]. 丁敏,吴桂清,胡锦. 电气工程学报. 2018(10)
[2]基于SiC功率器件的大功率DC—DC变换器[J]. 马后成,周晓敏,高大威. 工程科学学报. 2017(08)
[3]基于双边界圆限定策略的感应电机预测控制研究[J]. 齐昕,付永星,周晓敏,周珂,马祥华. 中国电机工程学报. 2017(01)
[4]改进有限集模型预测控制策略在三相级联并网逆变器中的应用[J]. 贾冠龙,李冬辉,姚乐乐. 电网技术. 2017(01)
[5]燃料电池DC/DC变换器的设计[J]. 王晔. 电源技术. 2016(08)
[6]一种燃料电池轿车用大功率DC/DC变换器[J]. 彭再武,王坚,毛懿坪. 大功率变流技术. 2013(02)
[7]燃料电池技术的发展现状[J]. 陈彬剑,方肇洪. 节能与环保. 2004(08)
博士论文
[1]直流—直流自耦变压器扩展技术研究[D]. 左文平.华中科技大学 2017
硕士论文
[1]大功率燃料电池DC/DC变换器研究[D]. 白志豪.北京交通大学 2018
[2]空冷燃料电池/锂电池混合动力系统设计[D]. 刘涛.西南交通大学 2017
[3]燃料电池用DC-DC变换器控制策略研究[D]. 卓生荣.西北工业大学 2017
[4]燃料电池汽车DC-DC变换器拓扑结构的研究[D]. 刘劼勋.清华大学 2016
本文编号：3560502
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