基于DPS调制的双有源桥DC-DC变换器损耗建模与优化

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随着新能源发电技术与直流配电网技术的不断发展,如何将电能稳定储存与传输已成为当今电工技术领域发展热点。双有源桥(Dual-Active-Bridge,DAB)DC-DC变换器以其稳定性高、功率密度大和控制灵活等特点逐渐成为不同等级直流母线之间和直流母线与储能装置之间的重要的电能变换装置。为减小损耗,提高DAB变换器工作效率,需要进行损耗模型研究与效率分析,本文以双重移相调制方案为基础,对DAB变换器的损耗模型、输出功率和效率等方面进行深入研究与分析。首先介绍了DAB变换器的经典拓扑结构与工作原理,对单重移相、拓展移相和双重移相三种移相调制方法的工作特性进行对比分析。针对双重移相调制方法,具体分析了不同模态下开关器件的工作情况以及电压电流的变化趋势,并推导出电压电流方程,分析了双重移相调制下变换器的输出特性、电流应力特性和回流功率特性。然后对DAB变换器运行过程中产生的损耗进行分类,并根据损耗计算类型的特点进行损耗建模。针对开关器件中通态压降与电感电流变量之间的相互制约关系,建立了基于理想电感电流的开关器件损耗模型和考虑通态压降对电感电流影响的开关器件损耗优化模型,通过理论推导与仿真结果进行对比,初步验证了该优化模型具有更高的精确度。接着,进一步研究了损耗对输出功率以及效率的影响。对考虑损耗的双重移相调制下DAB变换器输出功率特性进一步分析,发现最大输出功率点所对应的调制参数坐标发生了偏移,偏移的程度与器件参数有关。分析了损耗对于实际效率值的影响得出效率变化的峰值位于D2=0.2~0.3附近的结论,因此,对于理想输出功率曲线上的各个调制点,D2<0.5的调制点在效率和真实输出功率上更有优势。最后,介绍了实验平台的设计和搭建过程,并利用实验平台对损耗模型的准确性最大输出功率点偏移趋势和效率分布趋势进行验证。
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