带初级储能的高压充电电源控制技术研究

摘要

近年来,随着电力电子技术、高电压脉冲功率技术、初级储能技术以及现代控制理论的发展,高压电容器充电电源逐渐朝大功率化、集成化以及数字化方向发展。本课题所研究的带初级储能的充电电源主要应用于高功率脉冲系统,给高压电容器供电。当高压充电电源给电容器充满电能后,再由高压电容器的短路放电来发出高功率脉冲。
　　传统的高压电容器充电电源直接由电网380V交流电经不控整流后供电。本文针对高压电容器充电电源的初级储能系统供电方式,主要分前级升降压DC/DC变换器和串联谐振软开关电容器充电电源两个环节进行研究。
　　本文在升降压DC/DC变换器部分重点分析恒流限功率双闭环控制的特点。通过仿真和实验结果分析得出,双闭环具有非常好的动态和稳态性能。为了进一步改善启动过程中直流升降压DC/DC变换器的性能,本文提出了软启动方法。仿真及实验结果表明开环软启动易于实现,能有效改善启动效果,减小超调量和调节时间;而闭环软启动能线性化启动过程,实现启动与PI调制环节的平滑过渡。
　　其次,后级的负载为高压电容器,其充电方式采用恒流充电可以有效减小对电容器的损害。为了实现对高压电容器高效、安全的充电,串联谐振软开关电容器充电电源采用和PFM调制方式的恒流控制策略。
　　最后本文对整个实验平台主要参数的选择做了简要说明,并给出实验平台的数字控制实现流程。通过实验验证了整体方案的可行性和控制参数的合理性。

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1 绪论

1.1课题的研究背景

1.2超级电容储能装置简介

1.3双管buck-boost电路的工作模式与控制方法

1.4电容器充电技术的发展

1.5选题依据

1.6本文研究内容和意义

2 前后级充电电路的原理与数学模型

2.1引言

2.2双管Buck-Boost变换器的工作原理

2.3双管Buck-Boost变换器的数学模型建立

2.4串联谐振高压充电电源的工作原理

2.4本章总结

3 前后级充电电路控制策略的研究

3.1引言

3.2双管Buck-boost变换器的双环控制策略

3.3串联谐振高压充电电源的控制方法

3.4仿真验证

3.5本章总结

4控制器的数字化实现和实验结果分析

4.1引言

4.2数字控制策略的关键问题

4.3PI控制器的数字化

4.4系统的软件实现

4.5实验验证及结果分析

4.6本章总结

5全文总结及其展望

5.1全文总结

5.2进一步工作展望

致谢

参考文献