基于直流母线的隔离型DC-DC接口设计

论文总字数：24158字

摘 要

双向DC-DC变换器是现在被广泛应用的电力电子装置，主要应用于实现直流母线和储能系统之间的能量交换。目前在可再生资源发电系统的应用中，需要引入储能装置，提供稳定连续的电能。但是可再生能源存在随机性，间歇性的特点。因此一般需要将多种可再生能源发电设备与储能装置结合使用。其中储存单元与直流母线之间需要利用一个双向 DC-DC变换器来操作，使得其中的能量能够双向传递。

本文开始从双向DC-DC变换器入手，分析了隔离型和非隔离型双向DC-DC变化器的电路结构和工作原理，并选用双有源全桥DC-DC变换器作为基本模型，以及确定了单移相(SPS)的控制策略。对双有源全桥的正反向功率流动的工作模态进行分析，得出了功率开关管的零电压开通和二极管的零电压关断工作状态。

其次分析了双有源全桥双向DC-DC变换器的软开关技术，对其匹配和不匹配状态进行分析，最后得出了软开关的最佳运行范围。最后采用双闭环控制策略，对电压和电流进行稳压稳流，也通过双闭环对驱动电路进行反馈，然后可以对功率流向进行调节。

关键词：电池储能系统；双有源全桥DC-DC变换器；软开关技术；双闭环控制;

Abstract

Th The bidirectional DC-DC converter is a power electronic device that is now widely used, and is mainly used to realize energy exchange between a DC bus and an energy storage system. At present, in the application of renewable resource power generation systems, it is necessary to introduce an energy storage device to provide stable and continuous electrical energy. However, renewable energy is characterized by randomness and intermittent nature. Therefore, it is generally required to use a plurality of renewable energy power generation devices in combination with an energy storage device. The storage unit and the DC bus need to be operated by a bidirectional DC-DC converter, so that the energy therein can be transmitted in both directions.

This paper begins with the bidirectional DC-DC converter, analyzes the circuit structure and working principle of the isolated and non-isolated bidirectional DC-DC variator, and selects the dual active full-bridge DC-DC converter as the basic model and determines The single phase shift (SPS) control strategy. The working mode of the forward and reverse power flow of the dual active full bridge is analyzed, and the zero voltage turn-on of the power switch tube and the zero voltage turn-off state of the diode are obtained.

Secondly, the soft-switching technology of the dual-active full-bridge bidirectional DC-DC converter is analyzed, and the matching and mismatching conditions are analyzed. Finally, the optimal operating range of the soft switch is obtained. Finally, the double closed-loop control strategy is adopted to stabilize the voltage and current, and also feedback the driving circuit through the double closed loop, and then the power flow direction can be adjusted.

Key words: battery energy storage system; dual active full-bridge DC-DC converter; soft switching technology; double closed-loop control;

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 双向DC-DC变换器概述 2

1.2.1 非隔离型双向DC-DC变换器 3

1.2.2 隔离型双向DC-DC变换器 5

1.3本文研究内容 7

第二章 双有源全桥DC-DC变换器的原理与分析 8

2.1 引言 8

2.2 基本工作原理 9

2.3 移相控制方法 10

2.4 工作模态与开关特性 10

2.4.1 正向功率流 10

2.4.2 反向功率流 14

2.5 传输功率特性 17

2.6 本章小结 18

第三章 双有源全桥变换器的软开关特性 19

3.1 软开关技术 19

3.2 DAB的软开关行为 20

3.2.1 不匹配运行状态 20

3.2.2 开关行为分析 21

3.2.3 软开关运行范围 26

3.3本章小结 28

第四章 DC-DC开关变换器的控制系统 29

4.1 概述 29

4.1.1 电压型控制 29

4.1.2电流型控制 30

4.2双有源全桥DC-DC变换器的控制策略 30

第五章 模型仿真实验与分析 31

5.1 基于PLECS的仿真模型 31

5.2 基于MATLAB/SIMULINK的双闭环控制策略仿真 34

5.3 仿真结果分析 34

5.3.1 基于PLECS模型的分析 34

5.3.2 基于MATLAB模型的分析 35

第六章 结论 36

参考文献 37

致谢 38

1. 绪论

引言

自20世纪70年代的能量资源开始短缺后，资源缺乏和环境破坏一直是世界关心的问题^[1]。气候大会在巴黎召开后,干净能源的使用变成世界的主要使用能源, 可再生能源正在成为这波潮流中日新月异的能量资源，到现在为止全世界正在可靠的利用可再生能源。拓展可再生能源可靠使用方法的使用使得产生可再生能源的资本逐步降低。有针对性的政策激励，软融资渠道，环境和能源安全考虑以及新兴经济体的能源需求促进了可再生能源发电的发展。缺口和新一代能源的缺点正成为其深度发展的主要障碍，难以保证可持续的能源生产。能量存储技术的发展和应用可以弥补新一代电力的上述缺点，并使操作连接到更大，更安全和更可靠的发电网络。当电力系统轻微充电时，能量存储系统也保持电力，以峰值负载和当前网络压力释放电力以承受大的差异并且可以减少电源曲线。

图 1.1^[2] 显示了一种以直流母线为基础的可再生能源的集合，由产生电能的元件集合、储存电能的元件集合和消耗电能的元件集合组成，其中储存电能的元件集合与直流母线之间需要利用一个双向 DC-DC变换器来操作，使得其中的能量能够双向传递。

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