化石燃料能源過度開采,不利于可持續(xù)發(fā)展。新能源發(fā)電的崛起,解決了不可再生能源短缺以及環(huán)境污染等問題,進一步促進了能夠對電網的調配工作進行智能管理的能源互聯(lián)網的形成和發(fā)展。其中,電力電子接口技術的故障隔離性能決定其安全性,對電網的管理以及調度能力也十分關鍵。雙有源全橋DC-DC變換器中間帶有高頻變壓器,兩側有源逆變橋完全對稱,具有傳輸性能好、升壓能力強、動態(tài)響應快、易于實現(xiàn)軟開關技術等優(yōu)點,深受國內外歡迎。為進一步提高DAB變換器升降壓能力和效率,在原有拓撲結構的橋兩側加入準Z阻抗網絡,結合成一種新的高升壓能力直流變換器。該變換器控制策略也區(qū)別于以往的移相控制,采用PWM直通控制,升壓能力強,無需設置死區(qū)時間,波形畸變率小,效率高,輸出電能質量好。首先,本文介紹了準Z源DAB變換器的背景和研究現(xiàn)狀,分析其拓撲結構以及各模態(tài)下的工作原理。針對于傳統(tǒng)移相控制存在死區(qū)時間且控制復雜等問題,對其控制策略進行深入研究。通過狀態(tài)平均法對全橋子電路和準Z阻抗網絡子電路進行建模,整合出系統(tǒng)整體數(shù)學模型。深入研究了準Z源模塊,根據(jù)直通狀態(tài)和非直通狀態(tài)的等效電路列寫方程,推導出網絡升壓因子。接著,對引入的準... 

【文章來源】：曲阜師范大學山東省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1雙有源全橋DC-DC變換器的拓撲結構

第一章緒論5圖1-2基于Z源的雙有源全橋變換器的拓撲結構基于Z源的DAB變換器實際上是在逆變橋的兩側外面加入Z源網絡，Z源兩端再接入直流電壓，其中，Z源網絡主要由電感元件、電容元件和二極管等元器件連接構成，兩個電感和電容相互交錯連接起來構成新的拓撲結構，為了使電源只能單向流通，在Z源和輸入直流電壓中間加入了一個二極管[28]。Z源DAB變換器控制方式比較簡單，只需控制一側橋臂開關管的導通和關斷即可，其工作模式也比較簡單，只有三個狀態(tài)，分別是零狀態(tài)、直通狀態(tài)和主動狀態(tài)三個模式，其中在直通狀態(tài)下，充電儲存能量，達到進一步升壓的作用[29]。此拓撲結構所用的控制方法可以不用設置死區(qū)時間，提高輸出電能質量�；赯源的DAB變換器依然有著許多問題，例如，啟動時它的電流過沖會很大，在一些高壓場所或者操作不當引起高壓大電流情況下，開關管容易損壞，不利于變換器的維護和電源的穩(wěn)定[30]。電壓電流過沖會對一些關鍵器件造成較大的沖擊，損害變換器的使用壽命。直通狀態(tài)下時，只需控制一側開關管全部開通，變壓器被短路掉，完全與主電路隔開，輸入電流會斷續(xù)，不會連續(xù)流通[31]。目前準Z阻抗網絡的提出，提高了變換器的升壓能力，傳輸功率增大。該網絡是由Z源網絡研究改進得到的，被不斷應用于變換器，無需設置死區(qū)時間，進一步提高了效率[32]。該變換器應用于光儲系統(tǒng)中作為連接環(huán)節(jié)，使得蓄電池與光伏發(fā)電、母線負載相結合，能夠更大效率的利用能源[33]。本文將準Z源網絡與DAB變換器結合，構成新的拓撲結構如圖1-3所示。

第一章緒論6圖1-3基于準Z源的雙有源全橋變換器的拓撲結構雙有源全橋DC-DC變換器最早提出時，主要應用于電動汽車蓄電池充放電接口[34]。提出的具有更強升壓能力的準Z源DAB變換器進一步提高了雙向變換器的性能。它在Z源的基礎上變換各器件連接方式，有效地解決了Z源變換器的一些問題，電容電壓應力得倒明顯改善，可以減小電容值，節(jié)約成本。此外，準Z源DAB變換器由于電感電容的存在，上下橋臂直通時不會出現(xiàn)短路的情況，致使變換器燒壞，因此控制驅動信號時不需要考慮死區(qū)時間，輸出的電壓紋波小，電能質量好，效率高，適用于高電壓、中大功率場合[35]。準Z阻抗網絡明顯改善了Z源的不足，另外自身還具有一定的優(yōu)勢：（1）變換器輸入端有LC濾波電路，使得輸入電壓電流連續(xù)，降低了電流紋波，對于風光儲系統(tǒng)，光伏電池板發(fā)電作為輸入，連續(xù)的輸入電流可以使得輸入電容減小，更加易于滿足對元器件選擇的要求。（2）對于基于Z源變換器，它阻抗網絡中的各元器件承受的電壓應力是相同的，而準Z阻抗網絡不同，其拓撲結構中電感電容等器件受力不同，以圖1-3中的準Z源網絡為例，左側電源后面連接的準Z源網絡中電容C2的電壓應力遠遠小于C1。（3）準Z源DAB變換器在輸入側和逆變部分的公共側會有一個直流鏈，電磁干擾問題會大大減小[36]。為了提高DC-DC變換器性能，使其能夠在直流微網、電動汽車、直流電源、新能源發(fā)電與儲能結合系統(tǒng)中更加適用，國內外學者從雙向傳遞、高頻化、優(yōu)化拓撲結構、改進控制算法、損耗分析等方面作了大量的研究和實驗，取得了很大的進步，性能提升，其應用范圍也相應拓寬了[37]。一開始雙向變換器的性能較差，拓撲結構和控制算法存在很多不足，導致輸出性能、效率等不滿足要求。隨著拓撲結構研究改進，控制算法也由單移相控制發(fā)?

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本文編號：3403744