基于移相原理的双向直流变换器双闭环控制策略

摘要

为解决全球气候变暖、环境污染问题和适应经济高速发展的需求，发展可再生能源迫在眉睫。风电、光伏发电具有间歇性和随机性，要求配置具有缓冲能量、缓解其随机性的储能电池作为微网发电系统的储能装置，以提高电力稳定性。储能电池用于微网中，需要电力电子变换器作其充放电接口。
　　双向逆变器(DC/AC)和双向直流变换器(DC/DC)分别作为交直流微网中液流电池的充放电接口，其理论研究得到了发展，而应用研究则相对有限。变换器的应用领域、系统建模、控制策略是应用研究的重点，本文主要围绕系统建模和控制策略开展设计。
　　首先，本文对常用储能电池的特点及适用场合进行对比之后，选用了液流电池做微网发电系统的储能装置，分析了液流电池的结构、工作原理、充放电方式，建立了液流电池的等效电路模型，确定了先恒流再恒压的充放电控制策略。
　　其次，本文针对变换器是否隔离的问题，介绍了几种典型的直流变换器，分析了拓扑结构、特点及应用场合，通过分析认为，移相全桥双向直流变换器具有热插拔、隔离、中大功率等特点，适合用于液流电池的充放电控制中。
　　再次，本文明确划分了移相全桥双向直流变换器的六个模态，深入分析了六模态瞬态过程，定量计算得到电压、电流、功率和电路中参数的关系，并按一定的可接受误差，建立了小信号模型。
　　最后，结合液流电池、变换器的模型及先恒流再恒压的控制策略，设计了双闭环的控制器，再利用MATLAB/Simulink对控制系统进行了仿真，得到了仿真结果。
　　仿真结果表明，采用移相全桥双向直流变换器对液流电池进行先恒流再恒压的双闭环充放电控制策略是可行的，且在简化模型中设计的控制器适用于等效电路模型，系统具有较好的鲁棒性。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1．清洁能源的应用技术

1．1．1．清洁能源的发电技术

1．1．2．清洁储能技术

1．1．3．微网的接口形式

1．1．4．接口电路的一般要求

1．2．双向直流变换器发展与应用

1．2．1．双向直流变换器的发展现状

1．2．2．双向直流变换器的基本要求

1．2．3．双向直流变换器的应用

1．3．本文主要工作

第二章 液流电池

2．1．液流电池的结构组成

2．2．液流电池基本原理

2．2．1．锌溴液流电池的基本原理

2．2．2．全钒液流电池基本原理

2．3．液流电池充放电方法

2．3．1．液流电池的充电方法

2．3．2．液流电池的放电方法

2．3．3．液流电池的充放电特性

2．4．液流电池的模型

2．4．1．液流电池的等效电路模型

2．4．2．液流电池的简化模型

第三章 双向直流变换器原理与应用

3．1．非隔离型双向直流变换器

3．1．1．双向Buck-Boost变换器

3．1．2．双向Buck／Boost变换器

3．1．3．双向Cuk直流变换器

3．1．4．全桥式双向直流变换器

3．1．5．非隔离型双向直流变换器特点

3．2．隔离式双向直流变换器

3．2．1．正激式双向直流变换器

3．2．2．反激式双向直流变换器

3．2．3．双向推挽式直流变换器

3．2．4．移相全桥式双向直流变换器

3．2．5．隔离型双向直流变换器特点

3．3．几种典型双向直流变换器的比较

第四章 移相全桥式双向直流变换器及其建模

4．1．移相全桥双向直流变换器工作原理

4．2．移相全桥双向DC／DC模型

4．2．1．建模方法

4．2．2．移相全桥式双向直流变换器6模态时域分析

4．2．3．六模态功率汇总比较

4．3．移相全桥式双向直流变换器的统一模型

4．4．移相全桥式双向直流变换器对电池充电的模型

4．5．DC／DC在能量管理中的应用

第五章 液流电池的双闭环充放电控制策略及仿真

5．1．液流电池的双闭环充放电控制策略

5．1．1．液流电池充放电控制过程

5．1．2．充放电控制器设计

5．2．系统稳定性分析

5．3．双闭环充放电控制仿真验证

5．4．采用等效电路模型的仿真结果

5．5．结论

第六章 总结与展望

6．1．总结

6．2．展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况