當前,環(huán)境保護和能源的有效利用已引起社會的廣泛關注。為了更有效、靈活和可靠地利用分布式能源發(fā)電,近年來對直流微電網的研究越來越廣泛。DC-DC變換器是直流微電網中重要的電力電子設備,是電能變換與潮流控制的核心裝置。而將DC-DC變換器模塊化后,可以實現(xiàn)直流微電網系統(tǒng)容量擴展,提高系統(tǒng)靈活性、可靠性,在直流微電網中擁有廣闊的應用前景。為此,本文首先分析了幾種子模塊DC-DC變換器的工作原理,對比不同拓撲的開關元件電流應力、電壓應力,推導出電流、電壓峰值系數(shù)以及紋波與占空比之間的關系。根據開關管應力大小、電流、電壓峰值系數(shù)等參數(shù),選定了半橋DC-DC變換器作為最優(yōu)的子模塊結構,并提出一種級聯(lián)型模塊化DC-DC變換器的拓撲結構。由于通過單個半橋DC-DC變換器電流諧波含量較大,為此采用三個半橋DC-DC變換器多重連接作為子模塊可有效減少諧波含量,降低損耗。隨后對比分析了子模塊和單個半橋DC-DC變換器的電流脈動、電流諧波和電壓紋波,進一步證明所選拓撲的優(yōu)越性。其次,結合儲能裝置的特性和直流微電網的平抑尖峰負荷的需要,提出了儲能裝置經模塊化DC-DC變換器的階段充電控制策略和采用基于低通濾波原理的放電控制策略。所提策略可以使得儲能系統(tǒng)能夠快速跟蹤負載功率變化、平抑尖峰負荷,還可以延長儲能裝置壽命。然后,根據直流微電網不同的工況,針對模塊化DC-DC變換器提出了一種以采樣平均電流結合雙環(huán)反饋的控制方法,加快模塊化DC-DC變換器電流的動態(tài)響應。并實現(xiàn)當?shù)蛪簜裙β首兓瘯r,子模塊可以動態(tài)投切以及穩(wěn)定高壓側(直流母線)電壓,確保直流微電網穩(wěn)定運行。隨后,提出了一種新型的滑模變結構控制算法,引入Lyapunov“廣義能量”函數(shù),使得多個子模塊在激勵信號不相同、內部參數(shù)匹配度不高情況下,也能快速實現(xiàn)均流,可有效防止模塊化DC-DC變換器中器件因過載而損壞問題。接著,研究了模塊化DC-DC變換器的軟開關特性,推導出了ZVZCS下的開通條件和軟開通的范圍。最后,利用Matlab/simulink仿真軟件搭建模塊化DC-DC變換器的仿真模型。并通過仿真驗證了所提控制策略的正確性和有效性。通過本文的研究,重點分析了模塊化DC-DC變換器的拓撲和控制方法,提出了最優(yōu)的子模塊拓撲并推導出應力、電流諧波、電壓紋波表達式,充分證明所選拓撲的合理性。針對拓撲還提出了一系列的控制策略,通過仿真充分驗證了可行性,為模塊化DC-DC變換器后續(xù)研究和推廣奠定堅實的理論基礎。
【學位單位】：湖南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM46
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 直流微電網研究現(xiàn)狀
        1.2.2 DC-DC變換器研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要內容及結構
第二章 模塊化DC-DC變換器拓撲設計與分析
    2.1 模塊化DC-DC變換器的子模塊拓撲選取與應力分析
        2.1.1 子模塊DC-DC變換器的選取
        2.1.2 子模塊DC-DC變換器的應力分析
    2.2 模塊化DC-DC變換器電路拓撲結構
    2.3 模塊化DC-DC變換器電壓紋波和電流諧波分析
        2.3.1 模塊化DC-DC變換器電流諧波分析
        2.3.2 模塊化DC-DC變換器電壓紋波分析
    2.4 本章小結
第三章 模塊化DC-DC變換器的控制策略
    3.1 基于模塊化DC-DC變換器的儲能系統(tǒng)充放電控制
    3.2 直流微電網不同工況下的模塊化DC-DC變換器控制
    3.3 模塊化DC-DC變換器均流控制
    3.4 模塊化DC-DC變換器軟開關特性
    3.5 本章小結
第四章 仿真驗證
    4.1 基于模塊化DC-DC變換器的儲能系統(tǒng)充放電仿真
    4.2 直流微電網不同工況下的多模塊投切仿真
    4.3 滑模變結構控制的子模塊均流仿真
    4.4 本章小結
第五章 總結與展望
    5.1 全文總結
    5.2 下一步研究展望
參考文獻
攻讀學位期間主要的研究成果
致謝

【參考文獻】

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1 程志江;李永東;謝永流;邱麟;董博;樊小朝;;帶超級電容的光伏發(fā)電微網系統(tǒng)混合儲能控制策略[J];電網技術;2015年10期

2 索之聞;李庚銀;遲永寧;王偉勝;;一種基于子模塊混合型模塊化多電平換流器的高壓大功率DC/DC變換器[J];中國電機工程學報;2015年14期

本文編號：2839856