直流微网中双向DC/DC变换器的研究

随着世界能源危机的加剧,新能源作为无污染可再生的绿色能源,它的开发与利用愈来愈受青睐。伴随着新能源的开发利用和新技术的应用,直流微网也越来越受到重视。双向DC/DC变换器(Bi-directional DC/DC Converter, BDC)是可双象限运行的DC/DC变换器。该变换器能够根据实际需要调节能量的流动方向,在功能上相当于两个单向DC/DC变换器。储能在微电网中的应用可概括为提供短时供电、改善电能质量、用于能量缓冲、优化微型电源的运行,以及提高微电网的经济效益等。蓄电池作为一种高效、环保、实用的能量存储装置,作为短期储能装置是一种理想的选择。双向DC/DC变换器在蓄电池的充放电过程中起着相当重要的作用,因而有着重要的研究价值。 本文首先介绍了直流微网的现状与发展,双向DC/DC变换器的特点和发展以及拓扑研究。然后,对于本文选取的移相式全桥双向DC/DC拓扑的工作模式进行了详细的分析,并给出传输功率的推导过程,理论上论证了其实现能量双向流动的可能性,并分析了直流偏磁的抑制方法。利用PSIM搭建了一台2KW的双向DC/DC变换器,并得出仿真过程及仿真波形。因PSIM仿真软件中无专用仿真模块,本文搭建了专门的移相模块。 偏磁抑制方面,提出了微调占空比的偏磁数字抑制方法,给出了DSP中的移相方法,调试出的波形验证了这方法的可行性。 硬件电路方面,给出基于TMS320F28335的双向DC/DC变换器实验系统。蓄电池部分、双向DC/DC变换器、Zigbee无线传感器网络通讯和监控软件。其中双向DC/DC变换器由以下四部分组成： (1)双向DC/DC变换器调理板(各种信号调理电路、滤波电路、继电器电路、保护电路、串行通信电路以及人机接口电路等)； (2)双向DC/DC变换器驱动板(强电板,包括IGBT、MOSFET及其驱动电路、电压电流传感器电路、600V直流母线等强电端子以及外接变压器、电感端子)； (3)12路隔离型开关电源一块,该电源输出稳定； (4)基于TMS320F28335DSP的最小系统,只包含DSP工作必须电路,体积小,具有通用性强和应用灵活等特点。 软件设计方面,基于TMS320F28335最小系统的基础上设计了定时器,I/0中断、SCI、 PWM、移相、LCD液晶显示以及串行通讯等程序,并调试成功。利用PI双闭环控制程序对蓄电池实现充放电模式转换并成功控制输出电压稳定在600V。