论文部分内容阅读
近些年来,随着传统化石能源的日益消耗和全球电力需求量的与日俱增,新能源的开发和利用也进入了快速发展期。而可再生能源发电装置、储能装置和电动汽车等不确定性电能负载的接入,既为电网带来了削峰填谷的积极影响,又带来了大规模并网的挑战。为了将其与传统电力系统连接,并实现不同电压等级间能量的多向流动,能量路由器(Energy Router)的概念应运而生。能量路由器中的双向DC-DC变换器是实现电气隔离和能量的双向传输的关键部分。因此提高双向变换器的能量传输效率对能量路由器的优化具有重要意义。本文针对隔离型双向全桥DC-DC变换器(Isolated Bidirectional Full Bridge DC-DC Converter,IBDC)的原理和工作特性进行了分析,分别对单移相控制(Single Phase Shift Control,SPS)、双重移相控制(Daul Phase Shift Control,DPS)、三重移相控制(Triple Phase Shift Control,TPS)进行了理论阐述,对每种控制方式下的工作模式进行分阶段的详细分析,然后根据工作原理进行了公式的推导,建立了传输功率的数学模型,明确三重移相控制下的IBDC具有最大的功率调节范围,系统的灵活性最高。通过理论分析并建立回流功率的数学模型得知单移相控制下的双向全桥DC-DC变换器存在不可消除的回流功率,会增加开关器件和磁性元件的损耗,导致系统传输效率降低,而双重移相控制和三重移相控制可以实现回流功率的消除,故详细分析每种控制方式下回流功率与移相比之间的关系,确立相应的优化方案。最后通过MATLAB/Simulink平台,搭建仿真模型验证控制策略的正确性,并对三种控制方式进行对比。结果表明三重移相控制能使输出电压较快得稳定在给定值,且回流功率最小,传输效率最高。最后,本文通过MATLAB/Simulink平台搭建了一个三端口的能量路由器模型,该模型具有高压电网侧端口,低压直流负载端口和低压交流负载端口,其中双向变换器采用三重移相控制下的级联IBDC。在三种不同的工况进行仿真分析。结果表明,当负载发生变化时,双向变换器可以实现能量的双向传输并且其输出电压能稳定在给定值,能量路由器可以实现不同电压等级和交直流制式间的转换,实现功率的平衡。