隨著化石能源的消耗帶來(lái)愈來(lái)愈大的環(huán)境壓力,可再生能源受到廣泛關(guān)注。然而,由于可再生能源的不規(guī)律性和難預(yù)測(cè)性,在電網(wǎng)中大量接入可再生能源會(huì)降低電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。因此,作為可再生能源的緩沖,儲(chǔ)能系統(tǒng)同樣得到廣泛關(guān)注。而電力電子變換器作為儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)與可再生能源系統(tǒng)的接口,是未來(lái)電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)功率傳遞的關(guān)鍵。本文研制了一臺(tái)采用氮化鎵開(kāi)關(guān)器件的新型部分并聯(lián)高增益dc/dc變換器。該變換器具有高升壓比、自動(dòng)均流、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、可模塊化擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。變換器高變壓比由兩個(gè)變壓器實(shí)現(xiàn),兩個(gè)變壓器高壓側(cè)繞組串聯(lián)后,接至高壓側(cè)的有源全橋;兩個(gè)變壓器低壓側(cè)繞組分別接至兩個(gè)外加電感,后分別接至兩個(gè)有源全橋,兩個(gè)低壓側(cè)有源全橋直流側(cè)并聯(lián)。由于變壓器高壓側(cè)繞組串聯(lián),所以低壓側(cè)自動(dòng)均流。首先推導(dǎo)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(jié)論。然后考慮同橋臂上下管死區(qū)時(shí)間、開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通電阻、開(kāi)關(guān)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(dǎo)了變換器的有損耗平均功率傳輸模型,先使用PLECS和Matlab聯(lián)合仿真驗(yàn)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(dǎo)的有損耗平均功率傳輸模型,發(fā)現(xiàn)并研究了降壓變換時(shí)出現(xiàn)的功率平臺(tái)現(xiàn)象。同時(shí)說(shuō)明了功率平臺(tái)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是電感電流在滯后橋的死區(qū)時(shí)間內(nèi)換流,說(shuō)明了各電路參數(shù)對(duì)功率平臺(tái)特性的影響。在此基礎(chǔ)上提出了在特定移相角范圍內(nèi),功率平臺(tái)導(dǎo)致的反功率現(xiàn)象,并給出由功率平臺(tái)導(dǎo)致反功率現(xiàn)象的解釋。接著給出樣機(jī)的設(shè)計(jì)步驟。氮化鎵開(kāi)關(guān)器件選型的依據(jù):建立了變換器功率密度、效率的數(shù)學(xué)模型,并依此優(yōu)化選擇開(kāi)關(guān)頻率;基于有損耗平均功率模型,優(yōu)化設(shè)計(jì)了變壓器匝比、電感值大小、死區(qū)時(shí)間;建立了電感電流無(wú)損耗模型,基于Maxwell仿真,結(jié)合計(jì)算,優(yōu)化設(shè)計(jì)了磁性元件;給出了氮化鎵開(kāi)關(guān)器件外圍電路的原理圖和PCB設(shè)計(jì);給出了樣機(jī)的散熱和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);樣機(jī)采用數(shù)字控制,同時(shí)給出了相關(guān)控制電路的原理圖。最后給出磁性元件的實(shí)測(cè)參數(shù),驗(yàn)證了第二章的PPDAB模型和第三章中有關(guān)功率平臺(tái)現(xiàn)象分析,然后給出PPDAB樣機(jī)性能的測(cè)試結(jié)果。樣機(jī)的開(kāi)關(guān)器件均采用氮化鎵器件,開(kāi)關(guān)頻率300kHz,能夠?qū)崿F(xiàn)雙向功率流動(dòng),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(jié)。
【學(xué)位單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

能源使用對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。這也是人類生存發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)之一。據(jù)估計(jì)，逡逑由于人口增加和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，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(hù)帶來(lái)更大壓力。而電能是世界上增長(zhǎng)最快的終端能源使用方逡逑式。據(jù)估計(jì)，２０３５年的全世界總發(fā)電量將比２０１５年增加５２％。為了減少傳統(tǒng)發(fā)逡逑電方式對(duì)環(huán)境的負(fù)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(guó)家都支持可再生能源發(fā)電的研宄和建設(shè)，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(jù)統(tǒng)計(jì)，可再生發(fā)電量的年平均增長(zhǎng)率為３％，超過(guò)天逡逑然氣發(fā)電的年平均增長(zhǎng)率２．６％，核能發(fā)電的年平均增長(zhǎng)率２．４％，和煤炭發(fā)電的逡逑年平均增長(zhǎng)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(yù)測(cè)性，大量接入可再生能源會(huì)對(duì)逡逑電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。解決該問(wèn)題的一種較好方法，就是使逡逑用儲(chǔ)能系統(tǒng)（ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ）作為可再生能源的緩沖⑷。圖１－１是分布式逡逑電網(wǎng)（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋Ｇｒｉｄ）中４００Ｖ邋ＤＣ微型電網(wǎng)（Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ）的典型結(jié)構(gòu)。該微逡逑型電網(wǎng)由太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、各類家用負(fù)載和電力電子逡逑變換器組成。配合以信息技術(shù)，對(duì)負(fù)載的用電特性進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以在電能供給和逡逑需求間達(dá)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(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。這也是人類生存發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)之一。據(jù)估計(jì)，逡逑由于人口增加和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，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(hù)帶來(lái)更大壓力。而電能是世界上增長(zhǎng)最快的終端能源使用方逡逑式。據(jù)估計(jì)，２０３５年的全世界總發(fā)電量將比２０１５年增加５２％。為了減少傳統(tǒng)發(fā)逡逑電方式對(duì)環(huán)境的負(fù)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(guó)家都支持可再生能源發(fā)電的研宄和建設(shè)，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(jù)統(tǒng)計(jì)，可再生發(fā)電量的年平均增長(zhǎng)率為３％，超過(guò)天逡逑然氣發(fā)電的年平均增長(zhǎng)率２．６％，核能發(fā)電的年平均增長(zhǎng)率２．４％，和煤炭發(fā)電的逡逑年平均增長(zhǎng)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(yù)測(cè)性，大量接入可再生能源會(huì)對(duì)逡逑電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。解決該問(wèn)題的一種較好方法，就是使逡逑用儲(chǔ)能系統(tǒng)（ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ）作為可再生能源的緩沖⑷。圖１－１是分布式逡逑電網(wǎng)（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋Ｇｒｉｄ）中４００Ｖ邋ＤＣ微型電網(wǎng)（Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ）的典型結(jié)構(gòu)。該微逡逑型電網(wǎng)由太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、各類家用負(fù)載和電力電子逡逑變換器組成。配合以信息技術(shù)，對(duì)負(fù)載的用電特性進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以在電能供給和逡逑需求間達(dá)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(xiàn)［８］總結(jié)了雙有源橋雙向ｄｃ／ｄｃ變換器的典型拓?fù)洌妷涸葱停模粒洛义献儞Q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(hào)：2821198