面向新能源的多端口DC-DC变流器研究

当前对清洁可再生能源的研究和开发正在逐步深入,以应对化石能源的短缺及其所产生的环境恶化问题。然而,在构建面向新能源的动力系统时尚存在诸多问题有待进一步研究和解决,例如太阳能、风能系统的间歇性问题,电动汽车用燃料电池的动力性能问题,以及多个能源构成动力系统时的能量管理问题等。 本论文以电动汽车能量管理需求为背景,对通过高频变压器耦合多个能量单元的新型多端口变流器开展研究,并将其应用于电动汽车能量管理系统之中。 论文围绕着电动汽车能量管理需求,论述了多端口变流器对蓄电池、超级电容等能量单元进行协调以提高经济性和动力性能的必要性。在对当前多端口变流器技术现状分析的基础上,对基本DC/DC环节、单向/双向变流器、直流母线耦合和变压器耦合变流器等相关技术基础进行了归纳和讨论。 针对电动汽车能量管理的需求,论文提出了一个变压器耦合三端口电动汽车能量管理变流器拓扑结构,其两个端口为能量输入端口分别连接蓄电池和超级电容,另一端口为能量输出端口用于连接电动车负载。该变流器拓扑结构主要由一个三绕组变压器和三个有源移相桥组成,这不仅能够满足输入端口的低电平、低电流纹波、电气隔离以及软开关运行的需求,而且便于控制和工程实现。 论文主要研究工作概括如下： (1)分析了所提三端口变流器的工作原理,并深入讨论了三绕组变压器等磁元件的设计方法。 (2)讨论了变流器的软开关条件,并对其进行了仿真验证。 (3)研究了控制器的相关控制策略和控制结构,实现了多端口之间能量流动的解耦控制,获得了良好的动、静态性能,并通过仿真对相关分析和设计进行了验证。 (4)设计并搭建了由上述变流器及其基于DSP的控制器组成的实验系统,相关实验结果验证了理论研究的正确性。