隨著化石能源的消耗帶來愈來愈大的環(huán)境壓力,可再生能源受到廣泛關注。然而,由于可再生能源的不規(guī)律性和難預測性,在電網中大量接入可再生能源會降低電網運行的可靠性和穩(wěn)定性。因此,作為可再生能源的緩沖,儲能系統同樣得到廣泛關注。而電力電子變換器作為儲能系統與電網、儲能系統與可再生能源系統的接口,是未來電網中實現功率傳遞的關鍵。本文研制了一臺采用氮化鎵開關器件的新型部分并聯高增益dc/dc變換器。該變換器具有高升壓比、自動均流、結構簡單、控制方便、可模塊化擴展等優(yōu)點。變換器高變壓比由兩個變壓器實現,兩個變壓器高壓側繞組串聯后,接至高壓側的有源全橋;兩個變壓器低壓側繞組分別接至兩個外加電感,后分別接至兩個有源全橋,兩個低壓側有源全橋直流側并聯。由于變壓器高壓側繞組串聯,所以低壓側自動均流。首先推導了變換器的理想平均功率傳輸模型,得出該變換器與單相雙有源橋dc/dc變換器理想平均功率傳輸模型一致的結論。然后考慮同橋臂上下管死區(qū)時間、開關器件導通電阻、開關器件反向續(xù)流損耗、變壓器繞組損耗、外加電感繞組損耗,推導了變換器的有損耗平均功率傳輸模型,先使用PLECS和Matlab聯合仿真驗證了所建立模型的合理性,并與理想平均功率傳輸模型做了比較。然后基于推導的有損耗平均功率傳輸模型,發(fā)現并研究了降壓變換時出現的功率平臺現象。同時說明了功率平臺現象產生的原因是電感電流在滯后橋的死區(qū)時間內換流,說明了各電路參數對功率平臺特性的影響。在此基礎上提出了在特定移相角范圍內,功率平臺導致的反功率現象,并給出由功率平臺導致反功率現象的解釋。接著給出樣機的設計步驟。氮化鎵開關器件選型的依據:建立了變換器功率密度、效率的數學模型,并依此優(yōu)化選擇開關頻率;基于有損耗平均功率模型,優(yōu)化設計了變壓器匝比、電感值大小、死區(qū)時間;建立了電感電流無損耗模型,基于Maxwell仿真,結合計算,優(yōu)化設計了磁性元件;給出了氮化鎵開關器件外圍電路的原理圖和PCB設計;給出了樣機的散熱和機械結構設計;樣機采用數字控制,同時給出了相關控制電路的原理圖。最后給出磁性元件的實測參數,驗證了第二章的PPDAB模型和第三章中有關功率平臺現象分析,然后給出PPDAB樣機性能的測試結果。樣機的開關器件均采用氮化鎵器件,開關頻率300kHz,能夠實現雙向功率流動,正向功率傳輸最大功率1.67kW,最大效率99.58%;反向功率傳輸最大功率1.68kW,最大效率98.41%。最后給出使用氮化鎵器件的總結。
【學位單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

能源使用對環(huán)境的負面影響。這也是人類生存發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)之一。據估計，逡逑由于人口增加和經濟增長，２０３５年的能源消耗將比２０１５年增加３４％［１］，從而不逡逑可避免地給環(huán)境保護帶來更大壓力。而電能是世界上增長最快的終端能源使用方逡逑式。據估計，２０３５年的全世界總發(fā)電量將比２０１５年增加５２％。為了減少傳統發(fā)逡逑電方式對環(huán)境的負面影響（例如火力發(fā)電的廢氣、廢料和核能發(fā)電的核廢料），逡逑許多國家都支持可再生能源發(fā)電的研宄和建設，使得可再生能源發(fā)電成為世界上逡逑發(fā)展最快的發(fā)電方式［２，３］。據統計，可再生發(fā)電量的年平均增長率為３％，超過天逡逑然氣發(fā)電的年平均增長率２．６％，核能發(fā)電的年平均增長率２．４％，和煤炭發(fā)電的逡逑年平均增長率１．９％⑴。逡逑然而，由于可再生能源的不規(guī)律性和不可預測性，大量接入可再生能源會對逡逑電網運行的可靠性和穩(wěn)定性產生不利影響。解決該問題的一種較好方法，就是使逡逑用儲能系統（ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ）作為可再生能源的緩沖⑷。圖１－１是分布式逡逑電網（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋Ｇｒｉｄ）中４００Ｖ邋ＤＣ微型電網（Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ）的典型結構。該微逡逑型電網由太陽能發(fā)電系統、風能發(fā)電系統、儲能系統、各類家用負載和電力電子逡逑變換器組成。配合以信息技術，對負載的用電特性進行預測，可以在電能供給和逡逑需求間達到平銜，從而提高供電的可靠件和穩(wěn)定性［５］。其中＇電力電子變換器作逡逑

能源使用對環(huán)境的負面影響。這也是人類生存發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)之一。據估計，逡逑由于人口增加和經濟增長，２０３５年的能源消耗將比２０１５年增加３４％［１］，從而不逡逑可避免地給環(huán)境保護帶來更大壓力。而電能是世界上增長最快的終端能源使用方逡逑式。據估計，２０３５年的全世界總發(fā)電量將比２０１５年增加５２％。為了減少傳統發(fā)逡逑電方式對環(huán)境的負面影響（例如火力發(fā)電的廢氣、廢料和核能發(fā)電的核廢料），逡逑許多國家都支持可再生能源發(fā)電的研宄和建設，使得可再生能源發(fā)電成為世界上逡逑發(fā)展最快的發(fā)電方式［２，３］。據統計，可再生發(fā)電量的年平均增長率為３％，超過天逡逑然氣發(fā)電的年平均增長率２．６％，核能發(fā)電的年平均增長率２．４％，和煤炭發(fā)電的逡逑年平均增長率１．９％⑴。逡逑然而，由于可再生能源的不規(guī)律性和不可預測性，大量接入可再生能源會對逡逑電網運行的可靠性和穩(wěn)定性產生不利影響。解決該問題的一種較好方法，就是使逡逑用儲能系統（ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ）作為可再生能源的緩沖⑷。圖１－１是分布式逡逑電網（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋Ｇｒｉｄ）中４００Ｖ邋ＤＣ微型電網（Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ）的典型結構。該微逡逑型電網由太陽能發(fā)電系統、風能發(fā)電系統、儲能系統、各類家用負載和電力電子逡逑變換器組成。配合以信息技術，對負載的用電特性進行預測，可以在電能供給和逡逑需求間達到平銜，從而提高供電的可靠件和穩(wěn)定性［５］。其中＇電力電子變換器作逡逑

文獻［８］總結了雙有源橋雙向ｄｃ／ｄｃ變換器的典型拓撲，包括電壓源型ＤＡＢ逡逑變換器、電流源，ＤＡＲ變換器和諧振甩ＤＡＲ變換器，叫Ｍ巾Ｔ源叩ＤＡＢ變拘逡逑器即如圖１－２。電流源型ＤＡＢ和諧振型ＤＡＢ變換器如圖１－３所示。逡逑Ｉ邋ｒ邐邐邋邐邐邐邐逡逑，一邐＼Ｓｕ邋ＶＳ，３邋Ｔ，邐＼ｓ２１邋、Ｓ２３邐士逡逑低邐Ｃ邐Q嬪義希

本文編號：2821198