基于电流源半桥的双向DC-DC变换器及其串并联控制技术研究

摘要

在分布式供电系统中，由于太阳能、风能等新能源发电容易受到光照强度、风力大小等自然因素的影响，其输出功率具有一定的随机性和不确定性，从而会造成供电母线上的能量波动，导致供电质量下降。为了抑制这种功率波动，通常需要在系统中加入储能装置，以降低新能源发电对供电母线带来的冲击，提高供电稳定性。
　　蓄电池由于其成本低、能量密度高、可靠性高等优点，被广泛应用于各种储能系统中。当蓄电池作为主要储能设备时，为了实现对母线电压和蓄电池充放电过程的控制，通常需要在蓄电池和母线间接入接口变换器。在储能变换器的选择上，模块化的设计方案与单变换器方案相比，有着配置灵活、扩展性好、便于系统的冗余设计等优点，且不同模块间可以并联或串联使用，更容易满足不同功率和电压等级储能系统的需求。
　　针对分布式供电系统中的模块化储能接口，研究了一种基于电流源半桥的48V/400V模块化双向DC-DC变换器。对变换器的工作原理和各模态进行了详细的分析，推导了变换器的能量传递关系，通过理论计算确定了变换器实现全负载范围内软开关的条件。提出了该变换器基于数字主从的多模块组合控制策略，不同变换器间，低压侧可以独立、并联或串联运行，高压侧可以并联或串联运行。通过自动择主策略，当系统中主机失效时，会立刻自动产生一台新的主机，代替故障主机继续控制其余从机的运行，解决了传统主从控制下，一旦主机失效，整个系统将会停止运行的问题。
　　研制了单模块1.5kW双向DC-DC变换器实验平台，通过仿真和实验得到了变换器工作时关键点波形，证明了理论分析的正确性。通过两台双向DC-DC变换器组合运行时的并联均流及串联均压实验，证明了提出的多机组合控制策略的正确性，并通过多机运行时的主从切换实验，验证了自动择主策略的有效性。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 双向DC-DC变换器研究现状

1.3 多变换器串并联控制研究现状

1.4 论文研究内容及结构安排

第二章 基于电流源半桥的双向DC-DC变换器

2.1 变换器拓扑分析

2.2 变换器软启动策略分析

2.3 单变换器控制策略

2.4 多变换器组合控制策略

2.5 本章小结

第三章 基于电流源半桥的双向DC-DC变换器样机设计

3.1 功率电路参数计算

3.2 功率电路硬件设计

3.3 功率电路损耗分析

3.4 变换器软件设计

3.5 本章小结

第四章 基于电流源半桥的双向DC-DC变换器仿真与实验研究

4.1 仿真验证

4.2 实验验证

4.3 变换器效率分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 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