关键字 |
| DC-DC变换器，连续传导模式，间断传导模式，电网系统 |
介绍 |
| 一般情况下，可再生能源产生的电力性质不稳定，对电网产生不良影响。这一事实刺激了对储能系统的研究，以消除电网上的有功功率流。简化现有的储能系统，采用线频(50或60 hz)变压器，PWM转换器，双向斩波器和储能设备，如电双层电容器(edlc)或锂离子电池[1]。对于一些需要电网和储能设备之间电压匹配和/或电隔离的应用，变压器是必不可少的。用高频隔离dc-dc变换器取代线频变压器将使储能系统更加紧凑和灵活。各种双向隔离dc-dc转换器已被提出作为能源存储设备的接口，重点是汽车或燃料电池应用。大多数提出的dc-dc转换器具有不对称电路配置，以耦合两个dc链路具有很大不同的电压，几十伏特和几百伏特。 |
| 1991年提出了一种双向隔离dc-dc变换器。它有两个对称的单相电压源全桥转换器。由于当时使用的是第一代igbt作为开关电源，因此效率很低。然而，在过去十年中，电力设备技术的进步使得dcdc变换器通过使用最新的沟槽栅igbt以高达97%的效率运行。类似的dc-dc变换器也达到了97%的效率。此外，在不久的将来碳化硅动力器件的使用将提高到99%[3]。因此，dc-dc变换器作为储能系统的电力电子接口已成为一个很有前途的候选。基于[4]电路的三端口扩展，研究了一种用于燃料电池、蓄电池和负载之间电能交换的双向变换器。采用双向隔离dc-dc变换器的储能系统，合理选择变压器匝数比，可以设计出不受实用电压[5]影响的储能装置额定电压。储能装置直接连接到dc-dc变换器的直流链路之一，没有任何斩波电路。 Nevertheless, the dc-dc converter continues operating even when the voltage across the energy storage device, Vd2drops along with its discharge. Here Vd1 is input side DC voltage and Vd2 is DC output secondary voltage |
电路配置 |
| 所提出的混合输入dc- dc变换器的功率转换电路如图1[4]-[8]所示，它本质上是一个升压变换器和buck-boost变换器的集成。集成功率变换器由两个有源功率开关S1和S2组成，分别用于升压转换和降压-升压转换，通常使用二极管D、电感L和滤波电容c。根据电源的容量和可靠性，两个直流电源Vin1和Vin2被视为主电源和辅助电源。主电源有能力为负载提供更多的能量，比次要电源[9]更耐用。两个有源电源开关以相同的频率周期性地开关，但在一个周期内交替激活。通过控制两种电源的负荷比来协调两种电源的功率 |
电路操作 |
| 根据电感电流的连续性，功率转换电路可以在连续传导模式(CCM)或间断传导模式(DCM)下工作。根据电源开关S1、S2、D三个开关的状态，该电路的运行可分为四个阶段，如图2所示。[10]其中，两个有功功率开关的占空比分别为d1和d2。在CCM中，功率转换电路在开关周期TS中依次通过阶段I、II和III进行操作。第四阶段仅发生在DCM处，此时电感电流降至零。稳态工作描述如下 |
| Stage1 (t1 - t2):当有功电源开关S2打开时，二极管D将反向偏压并关闭。电感由次级电压源V2充电，电感电流iL线性增加 |
 (1） |
| 在此阶段，滤波电容器将存储的能量传递给负载。 |
| 阶段II [t1~t2]:当S2关闭时，有功电源开关S1打开，二极管D现在仍然关闭。主直流电源在此阶段为电感器充电提供电动势。与此同时，iL在前期后呈线性增加 |
 （2） |
| 在此阶段，滤波电容器仍在向负载提供能量。 |
| 第三阶段[t2~t3]:当电源开关S1关闭时，二极管D被迫打开以传导电感电流。在这一阶段，负载从一次电源和电感器吸取能量 |
 （3） |
| 第四阶段[t3~t4]:这一阶段只发生在电感电流下降到零时，S和D都被关闭。滤波电容器为负载提供电流，电容器上的电压下降。图3分别描述了用于CCM和DCM操作的功率转换器关键部件的理论波形 |
A.连续传导模式 |
| 两个输入电压V1和V2与输出电压Vo之间的关系可以通过电压秒平衡得到。功率转换器的输出电压为V1与V1和v2的降压升压转换输出电压之和。这个方程表明输出电压总是高于输入电压。在实际操作中，一个周期内d1和d2之和限制在小于0.9。 |
 （4） |
| 理论上，输出功率是在(5)中两个输入的和，I1 '是第II阶段一次电源的输入电流，而I1是I1 '和输出电流IO的和。 |
 （5） |
| 式(5)中，I1 '为第II阶段一次电源的输入电流，I1为I1 '与输出电流IO的和。 |
 (6） |
| 则输出电流为 |
 (7） |
| 图4为不同输入电压下两个有源功率开关电压升压比与占空比的关系。其中，d1与d2之比用α表示 |
 （8） |
| 并且，两个输入电压之间的比值用β表示。值得注意的是，d2是影响输出电压变化的主要参数，而不是d1。图中d1曲线表示V2为零时的升压转换特性。 |
b .不连续传导模式 |
| 电感较小，当两个有源电源开关都关闭时，电感电流可能会减小到零。 |
| 边界电感可计算为 |
 （10） |
| 将(4)代入(10)，边界电感可重写为 |
 （11） |
| 减少电感电流的占空比用d3表示。那么，两个输入电压与输出电压之间的关系可以得到 |
 （12） |
| 转换器的输出电流为 |
 (13) |
仿真结果 |
| A.连续传导模式和间断传导模式 |
| B.采用电网连接的连续传导模式和间断传导模式 |
结论 |
| 本文提出了一种基于三端口电网的双电源直流电源转换电路。通过调节两个有源功率开关和门触发脉冲的占空比，实现两源之间的功率协调和电压调节。与传统的多输入功率变换器相比，所提出的转换电路具有更少的器件数量。该功率转换电路可应用于具有两种不同交直流电源的低量程分布式系统 |
数字一览 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
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| 图5 |
图6 |
图7 |
图8 |
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| 图9 |
图10 |
图11 |
图12 |
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| 图13 |
图14 |
图15 |
图16 |
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参考文献 |
- P. F. Ribeiro, B. K. Johnson, M. L. Crow, A. Arsoy，和Y. Liu，“先进电力应用的储能系统，”Proc. IEEE，第89卷，no. 1。12，页1744-1756,2001年12月。
- T. Kinjo, T. Senjyu, N. Urasaki, H. Fujita，“应用于储能系统的双层电电容器的可再生能源输出电平”，IEEE Trans。能源Convers。，第21卷，no。1，页221-227,2006年3月。
- M. Jain, M. Daniele，和P. K. Jain，“用于低功耗应用的双向dc-dc转换器拓扑”，IEEE Trans。电力电子。，第15卷，no。4，页595-606,2000年7月。
- T. Kohama, M. Yamashima，和T. Nishimiya，“作为EDLC充电器和放电的主动钳位双向反激变换器的操作模式控制”，Proc. Power Conversion Conf (PCC)，日本大阪，2002年，第3卷，第1150 - 1159页。
- a . D. Swingler和W. G. Dunford，“考虑大信号操作和准线性数字控制，用于逆变器/充电器应用的双向dc/dc变换器的开发”，《IEEE电力电子专家会议》，2002年，第2卷，pp961-966。
- 彭福忠，李辉，李国杰。Su和j.s. Lawler，“用于燃料电池和电池应用的新型ZVS双向dc-dc变换器”，IEEE Trans。电力电子。，第19卷，no。1，页54-65,2004年1月。
- L. Zhu，“一种用于双向高功率应用的新型软换向隔离升压全桥ZVS-PWM dc-dc变换器，”IEEE传输。电力电子。，第21卷，no。2，第422-429页，2006年3月。
- 石磊，孙磊，徐东东，陈敏，“5kwpwm +相移(PPS)控制双向dc-dc变换器的优化设计与控制”，《电子工程学报》。电力电子。会议博览会(APEC)，达拉斯，得克萨斯州，2006年3月。
- Y. Hu, J. Tatler，和Z. Chen，“用于自主电力系统储能设备的双向dc/dc电力电子变换器”，在《电力电子学报》中。运动控制会议，2004,vol. 1, pp. 171-176。
- 周宏儒。Chiu和l.w。林，“用于燃料电池电动汽车驱动系统的双向dc-dc变换器”，IEEE Trans。电力电子。，第21卷，no。4，页950-958,2006年7月。
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