频率跟踪式串联谐振变换器的研究

摘要

随着智能电网的建设，固态变压器作为其中的重要部分，不仅可以为各种交直流分布电源提供更简单稳定的并网方式，同时也可以实现更灵活的配电方式，提高电网的电能质量，具有良好的应用前景。而在众多固态变压器拓扑形式中，三级式拓扑因其对称性良好，能够实现能量双向流动，控制简单，功能齐全，易于模块化级联等优点得到更广泛的应用。本文主要以固态变压器三级式拓扑中的DC/DC隔离级为研究对象，选择双向串联谐振变换器拓扑进行相关研究。
　　本文首先详细分析了不同工作频率时，双向串联谐振变换器在正向和反向工作时的工作原理。基于此，通过基波分析法研究了变换器在稳态下的电压增益特性、阻抗特性以及空载、短路特性，同时对变换器中功率开关器件的软开关实现条件进行了讨论。由于高频工作时，实际变换器中寄生参数的影响不可忽略，因此分析了不同寄生参数对变换器增益所造成的影响，并提出了减小该影响的方法。
　　作为固态变压器的DC/DC隔离级，希望变换器具备高频隔离、双向对称、效率高等特性。当双向串联谐振变换器工作频率与谐振频率相等时，谐振电感与谐振电容相当于短路，此时，变换器拓扑完全对称且最为高效。因此需要对变换器进行频率跟踪控制。本文分析了锁相环法、零电流时间检测法、电流谐波检测法、虚拟电流传感器法、最大输出电压点跟踪法这五种频率跟踪控制方法，分别对比其优缺点，最后综合选择最大输出电压点跟踪法进行研究，并对此进行仿真和实验验证。
　　最后根据主要技术参数，对变换器的主功率电路进行了详细设计，并在此基础上，搭建了1kW双向串联谐振变换器的实验平台。对本文变换器进行PSIM软件仿真及平台实验，并给出该变换器的效率曲线。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.2 固态变压器简介

1.3 高频隔离功率变换器

1.4 论文的研究内容及结构安排

第二章 双向串联谐振变换器原理及分析

2.1 双向串联谐振变换器工作原理

2.2 双向串联谐振变换器特性分析

2.4 本章小结

第三章 频率跟踪控制策略

3.1 频率跟踪控制方法

3.2 频率跟踪控制策略对比分析

3.3 频率跟踪控制策略仿真与实验

3.4 本章小结

第四章 1kW双向串联谐振变换器设计

4.2 磁性元件设计

4.3 直流母线电容选择

4.4 损耗分析

4.5 本章小结

第五章 双向串联谐振变换器仿真与实验研究

5.1 仿真验证

5.2 实验验证

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文