【摘 要】
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随着能源结构的变化,基于分布式电源和储能系统的直流微网快速发展,由于超级电容电压在大范围波动,需要一种宽增益DC-DC变换器将其连接至直流微网母线。针对现有变换器在输入电压大范围变化时难以达到宽增益的效果,且端口电压波动限制软开关实现的问题,本文提出可变三电平谐振型双向DC-DC变换器拓扑,并对其电压变换范围和软开关特性展开深入研究,主要内容如下:1.总结了国内外宽增益DC-DC变换器的研究现状及
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随着能源结构的变化,基于分布式电源和储能系统的直流微网快速发展,由于超级电容电压在大范围波动,需要一种宽增益DC-DC变换器将其连接至直流微网母线。针对现有变换器在输入电压大范围变化时难以达到宽增益的效果,且端口电压波动限制软开关实现的问题,本文提出可变三电平谐振型双向DC-DC变换器拓扑,并对其电压变换范围和软开关特性展开深入研究,主要内容如下:1.总结了国内外宽增益DC-DC变换器的研究现状及关键技术,对本文所提拓扑中的技术要点进行阐述:分析三电平逆变全桥的工作原理,提出可变三电平占空比的概念;讨论了串联谐振腔和多谐振腔的电压增益和能量传输特性;对移相控制在三电平谐振型变换器中的应用及软开关的实现条件进行阐述。对谐振型DC-DC变换器主要建模方式的优缺点进行归纳,详细分析了基波分析法建模的步骤,并确定采用不同的倍频分量对变换器建模。2.为了解决串联谐振双向DC-DC变换器在超级电容端口电压波动情况下难以实现宽增益目标和零电压开关(Zero-Voltage-Switching,ZVS)范围减小的问题,提出了一种可变三电平串联谐振双向DC-DC变换器(Variable-Three-Level Series Resonant Bidirectional DC-DC Converter,VTL-SR-BDC)拓扑。通过引入三电平全桥,当输入电压变化时采用不同的三电平占空比,以维持变换器输出端口电压稳定,同时使谐振腔电压增益恒为1,保证了开关管的ZVS特性。采用基波分析法分别从时域和相量域对系统进行建模,分析变换器的工作特性,给出了软开关实现条件。最后,根据软开关特性进行参数选择,给出系统的参数设计方式,并进行仿真实验,验证其正反向运行效果。3.提出了一种可变三电平多谐振双向DC-DC变换器(Variable-Three-Level Multi-Resonant Bidirectional DC-DC Converter,VTL-MR-BDC)拓扑,以解决串联谐振变换器传输效率低,以及开关管关断电流小导致ZVS实现困难的问题。采用LCLC谐振结构,使得谐振腔能够传输基频和三倍频能量,限制环流,提高了传输效率。谐振腔电流为基频和三倍频分量的叠加,增大了谐振电流过零点斜率,使得关断电流增大,进一步拓宽了ZVS的实现范围。在傅里叶分解的基础上,考虑基频分量和三倍频分量对系统进行建模,分析其工作特性和软开关实现条件。最后,系统地给出了VTL-MR-BDC的参数设计方法,搭建仿真系统进行验证,与VTL-SR-BDC的运行效果进行比较。
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