基于充放电的双向直流电力调节器设计与实现

摘要

双向直流电力调节器是直流微电网分布式电源系统中重要的组成单元,功能上等同于两个单向直流电力调节器。在海上舰船供电系统中,双向直流电力调节器在新型环保能源充足的时候,蓄电池充电储存能量用作备用电源,在新型能源供电不足或者不能使用噪声大的燃油发电机时,又能让蓄电池给直流母线供电,有着重要的研究意义。本文以此为背景,开展20 kW放电10 kW充电双向直流电力调节器的研究,以DSPIC33F610单片机为核心控制器,通过CAN总线接受外部的控制命令,实现能量的双向流动。主要研究内容如下:
　　 在分析双向直流电力调节器功能作用和技术规格的基础上,制定了以全桥隔离为主电路拓扑结构的双向直流电力调节器总体方案,并针对硬件电路提出了各个辅助电路模块的设计思路。
　　 分析了主电路的工作原理,分别提出了充电模式和放电模式下的启动控制方式,并且设计了双向直流电力调节器各个辅助电路单元的硬件电路,并提出了一种基于驱动模块的可靠稳定的保护电路。
　　 用状态空间平均法建立了双向直流电力调节器的数学模型,在此模型的基础上设计了适用于本系统的PI控制器,通过MTLAB仿真验证了其控制效果,针对放电模式设计出了离散化的数字PI控制器,使占空比稳定调节,从而防止输出电压超调。
　　 总结了研究与实验的过程,并详细分析了充电模式和放电模式时实验结果及产生的原因。最后对双向直流电力调节器的性能进行了测试。
　　 测试结果表明,该双向直流电力调节器具有良好的负载调整率,输出稳定,电压纹波小,调节速度快,保护及时的特点,满足了充放电双向直流电力调节器的需要。