用于超级电容储能的非隔离三电平双向DC/DC变换器的研究

摘要

非隔离三电平超级电容储能DC/DC变换器，因开关管耐压低、电感电流纹波小、体积和重量轻，储能器件容量大、功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优势在汽车、交通、电力、通讯、国防与消费性电子产品等方面有着广阔的应用前景。本文主要对超级电容应用在轨道交通DC750V系统的三电平双向DC/DC变换器进行了研究，具体内容如下：
　　首先，本文介绍了非隔离三电平双向DC/DC变换器的工作原理，详细分析了其在不同工作模式下的开关状态和电路工作特性，推导了每种工作模式下电流临界连续条件及其电流纹波。
　　其次，本文应用功率一能量约束法对超级电容器组进行了容量配置。基于上述理论推导和分析，对非隔离三电平双向DC/DC超级电容储能系统的滤波电感及电容参数进行了优化设计。建立了非隔离三电平双向DC/DC超级电容储能系统的数学模型。设计了电流闭环控制策略。基于PSIM仿真软件，搭建了非隔离三电平双向DC/DC超级电容储能系统的仿真模型，验证了本文设计及方法的正确性和有效性。
　　最后，基于TMS320F28335控制器搭建了非隔离三电平双向DC/DC超级电容储能系统实验平台，完成了相关软件及硬件的设计与调试。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景意义

1.2 超级电容储能系统的研究现状

1.3 课题研究的主要内容

2 非隔离三电平双向DC/DC变换器的工作原理

2.1 Buck工作模式原理

2.2 Boost工作模式原理

2.4 本章小结

3 非隔离三电平双向DC/DC超级电容储能系统的控制

3.1主电路结构

3.2 非隔离三电平双向DC/DC超级电容储能系统的数学模型

3.3 非隔离三电平双向DC/DC超级电容储能系统的控制策略

3.4 本章小结

4 非隔离三电平双向DC/DC超级电容储能系统主电路设计

4.1 超级电容器组的设计

4.2 非隔离三电平双向DC/DC变换器的设计

4.3 仿真分析

4.4 本章小结

5 非隔离三电平双向DC/DC超级电容储能系统实验平台

5.1 实验平台整体结构

5.2 实验平台硬件设计

5.3 系统软件设计

5.4 实验结果与分析

5.4 本章小结

6 课题总结与展望

致谢

参考文献