本文研究适用于基于超级电容的城市轨道交通再生制动能量吸收回馈系统的双向DC-DC变换器技术。与一般的应用场合相比,该系统具有以下特点:网侧输入电压高;处理瞬时能量大且能量变化快;超级电容电压变化范围宽。因此对变换器提出了特殊的要求:能够承受高的电压应力;动态响应速度快;输出电压变化范围宽。
论文首先进行了高输入电压大容量双向功率变换器系统方案设计,介绍了高压大功率场合电路拓扑的选取,通过几种方案的综合分析,确定了系统模块化设计方法,同时给出了系统功率电路结构和整体控制策略。
针对单模块结构,论文详细分析了一种多相交错并联Buck/Boost双向DC-DC变换器,通过合理设计电感量使电流始终工作在有正有负的状态,能够在全负载范围内实现所有开关管的零电压开通。采用高压侧稳压低压侧限压稳流控制策略,实现了双向能量流动方向的自由切换。交错控制技术有效地降低了滤波器的设计容量,有利于系统动态性能的提高。
多模块串联组合变换器的一个关键问题就是串联模块的均压控制,本文从模块间均压与功率均衡的关系以及均压和均流的关系这两个角度,分析了高压侧均压控制的必要性,结合数学推导,提出了适合本文多模块串联组合双向DC-DC变换器的高压侧均压控制策略,仿真和实验验证了所提出的控制策略的正确性。
最后,为了进一步提高变换器的动态性能,论文研究了一种新型的混合电流控制技术,详细分析了其工作原理和实现恒定开关频率的条件,通过仿真和对比实验证明了该混合电流控制技术兼具了传统线性PWM控制开关频率固定和滞环电流控制动态响应速度快的优点。在动态特性要求较高的场合,如本文的瞬态能量吸收等应用场合,混合电流控制技术具有重要的应用价值。
