• <tr id="yyy80"></tr>
  • <sup id="yyy80"></sup>
  • <tfoot id="yyy80"><noscript id="yyy80"></noscript></tfoot>
  • 99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

    應用于儲能系統(tǒng)的隔離型雙向全橋直流 變換器的軟開關特性研究

    2013-07-02 06:46:50黃珺王躍高遠
    電氣傳動 2013年1期
    關鍵詞:全橋輸出功率雙向

    黃珺,王躍,高遠

    (西安交通大學 電氣工程學院,陜西 西安 710049)

    1 引言

    在當前全球能源危機日益嚴重的背景下,新能源受到人們越來越廣泛的關注。新能源發(fā)電,比如風力發(fā)電、光伏發(fā)電、潮汐能發(fā)電等等,在各國的發(fā)電量中占有的比例正在逐年增加。由于新能源大部分屬于間歇式能源,為了平滑輸出功率、削峰填谷、提高電能質量,儲能系統(tǒng)廣泛地應用于新能源發(fā)電中。此外,儲能技術也是電動汽車動力系統(tǒng)里的關鍵技術。動力電池或者超級電容等是電動汽車的動力來源,是電動汽車的重 要組成部分,所以儲能技術對電動汽車的性能起著越來越關鍵的作用。

    儲能系統(tǒng)一般由兩大部分組成:由儲能元件(部件)組成的儲能裝置和由電力電子器件組成的功率轉換系統(tǒng)(PCS)。儲能裝置主要實現(xiàn)能量的儲存和釋放,常見的有蓄電池、超級電容、超導儲能以及飛輪等等;PCS 主要實現(xiàn)充放電控制、功率調節(jié)和控制等功能[1-4]。可見,對于PCS,功率的雙向流動是最基本的要求。當功率在直流母線和儲能裝置之間流動時,雙向直流變換器為核心的PCS 控制著功率的流動。雙向直流變換器就是直流變換器的雙象限運行,其輸入、輸出電壓極性不變,但輸入、輸出電流的方向可以改變,所以功率也是雙向流動的。按照是否具有電氣隔離的功能,雙向直流變換器分為非隔離型雙向直 流變換器和隔離型雙向直流變換器。在隔離型雙向直流變換器中,雙向全橋直流變換器(Dual Active Bridge,DAB)由于具有高功率密度、高電壓傳輸比、不需要額外的無源器件就能實現(xiàn)軟開關等優(yōu)點,得到了廣泛的關注。

    2 雙向全橋直流變換器

    DAB 的電路原理圖如圖1所示,兩個高頻H橋通過中間的高頻變壓器連接。H 橋的交流輸出分別為abv和cdv,通常情況下,高頻變壓器的勵磁電感遠大于漏電感,忽略勵磁電感,DAB 的等效電路如圖2所示[5]。

    圖1 DAB 電路原理圖 Fig.1 Circuit schematic of DAB converter topology

    圖2 DAB 的等效電路 Fig.2 Equivalent circuit of DAB converter

    3 移相控制

    3.1 工作原理

    當vab和vcd為180°電角度的方波,并且兩個交流電壓之間存在φ角度的移相角,根據(jù)DAB的等效電路,這兩個電壓加在漏電感的兩端,工作波形如圖3所示。

    圖3 移相控制下的工作波形 Fig.3 Waveforms of phase-shift control

    由工作波形可以得到變壓器一次側的電流iL為

    式中:n為高頻變壓器的匝比;fs為開關頻率。

    以Pb=V12/(2πfsLs)為基準,進一步求得DAB 經(jīng)過標幺化后的輸出功率為:

    式中:d為電壓傳輸比,d=nV2/V1。

    從式(2)可以得到,當工作條件一定時,DAB 輸出功率的方向和大小由移相角φ確定。

    3.2 軟開關特性

    當開關管開通的時刻,如果此時實際導通的是與其反并聯(lián)的二極管,就能實現(xiàn)此開關管的零電壓開通(ZVS)。高頻功率電路中,軟開關的實現(xiàn)能減小器件的開關損耗和電磁干擾的產(chǎn)生,提高變換器的效率。根據(jù)開關管開通時刻的電流值,可以得到實現(xiàn)DAB 所有開關管ZVS 的條件,如表1所示。

    表1 實現(xiàn)開關管ZVS 的條件 Tab.1 ZVS constraints for power devices

    將式(1)代入表1所列的ZVS 條件中,得到移相控制下,實現(xiàn)所有開關管ZVS 的條件為

    為了簡化問題的分析過程,只考慮功率從1V側向2V側傳輸,并且電壓傳輸比 1<d的情況。將式(3)代入式(2)得到實現(xiàn)所有開關管ZVS 的功率范圍為

    由式(4)可以看到,當DAB 工作在輕載時,有部分開關管不能實現(xiàn)零電壓開通,此時變換器的效率將降低。

    4 單邊全橋脈沖寬度調制控制

    單邊全橋脈沖寬度調制控制(Single H-Bridge PWM Control)可以將實現(xiàn)DAB 所有開關管ZVS 的功率范圍擴展到整個功率范圍[6-7]。

    4.1 工作原理

    單邊全橋PWM 控制時,一側全橋輸出交流電壓為180°電角度的方波,而一側全橋輸出交流電壓為具有一定占空比的方波。同樣地,只考慮功率從V1側向V2側傳輸,并且電壓傳輸比 1<d的情況,其它情況具有相同的分析過程。當 1<d時,vab是占空比為D1的方波,vcd為180°電角度的方波,此時具有兩種開關模式,工作波形如圖4所示。

    從開關模式1 的工作波形得到變壓器一次側的電流Li為

    進一步求得經(jīng)過標幺化后的輸出功率為

    其中δ為vab和vcd的基波分量之間的移相角,與φ的關系可以由圖4a 中得到。

    圖4 單邊全橋PWM 控制時的工作波形 Fig.4 Waveforms for single H-bridge PWM control

    從開關模式2 的工作波形得到Li為

    同樣地,根據(jù)電流表達式可以求得輸出功率為

    式中:δ為abv和cdv的基波分量之間的移相角,與φ的關系可以由圖4b 中得到。

    4.2 軟開關特性

    根據(jù)(5)得到開關模式1 中開關管T1,T2,T6和T7開通時刻的電流值(以Ⅰb=V1/(2πfsLs)為基準,經(jīng)過標幺化后):

    在DAB 中,各波形都是關于半周期點負對稱,所以只需要分析半周期,另外一個半周期可以得到相同的結論。

    將以上各式代入表1中的ZVS 條件,得到開關模式1 時實現(xiàn)所有開關管ZVS 的條件為

    根據(jù)(6)得到開關模式2 中T1,T5,T8和T2開通時刻的電流值:

    同樣地,將以上各式代入表1中的ZVS 條件,得到開關模式2 時實現(xiàn)所有開關管ZVS 的條件為

    4.3 全功率范圍內的單邊全橋PWM 控制

    由式(9)~式(11)得,取D1=d時,能同時滿足兩個開關模式下實現(xiàn)所有開關管的ZVS。

    將D1=d代入(9)得到ZVS 的條件為

    再將式(12)代入式(6)得到開關模式1在滿足ZVS 條件下輸出功率的范圍為

    將D1=d代入式(10)和式(11)得到開關模式2 的ZVS 條件為:

    再將式(14)代入式(8)中,得到開關模式2 在滿足ZVS 條件下輸出功率的范圍為

    結合式(13)和式(15)可以看出,開關模式1 和開關模式2 之間的功率范圍是無縫銜接的,兩種開關模式下實現(xiàn)所有開關管ZVS 的功率范圍為

    根據(jù)式(4),移相控制下實現(xiàn)所有開關管ZVS 的功率范圍由式(4)確定,所以要實現(xiàn)全功率范圍內所有開關管的ZVS,需要滿足:

    進一步求得:

    所以在設計主電路時,根據(jù)V1和V2的值,調整高頻變壓器的變比n,使d滿足要求。結合式(4)和式(16),DAB 中實現(xiàn)所有開關管ZVS的功率范圍就延展到整個功率范圍。

    5 仿真結果

    在Saber 仿真軟件里,搭建了DAB 的電路模型,主要的電路參數(shù)為:高壓側電壓120 V;低壓側電壓48 V;高頻變壓器變比2∶1,高頻變壓器折算到一次側漏感12μH,開關頻率100 kHz,高壓側開關管 SPW20N60S5,低壓側開關管IRFP4468PbF。

    仿真時,功率從1V側流向2V側,電壓傳輸比d小于1。當輸出功率為300 W 時,仿真波形見圖5所示,圖5a 為移相控制下的波形,圖5b 為單邊全橋PWM 控制的波形,每組波形中包括1V側全橋輸出交流電壓abv,2V側全橋輸出交流電壓折算到一次側電壓 'cdv,變壓器一次側電流Li,1V側輸入直流電流和2V側輸出直流電流。在這個功率等級下,單邊全橋PWM控制時,DAB 工作在開關模式1。測得移相控制時的效率為87%,單邊全橋PWM 控制時的效率為93.48%。

    圖5 輸出功率為300 W 時的工作波形 Fig.5 Waveforms under 300 W-load

    當輸出功率為700 W 時,仿真波形如圖6所示,圖6a 為移相控制,圖6b 為單邊全橋PWM控制。

    圖6 輸出功率為700 W 時的工作波形 Fig.6 Waveforms under 700 W-load

    這個功率等級下,單邊全橋PWM 控制時,DAB 工作在開關模式2。測得移相控制時的效率為 92.04%,單邊全橋 PWM 控制時的效率為94.16%。

    從仿真結果可以得出,在單邊全橋PWM 控制下,變換器的效率顯著提高,尤其是在輕載時。

    6 結論

    本文首先分析了DAB 在移相控制下的工作原理和軟開關特性。在移相控制下,功率的傳輸方向和大小由移相角控制,操作起來非常簡單。但是在輕載的情況下,DAB 會失去零電壓開通,此時開關損耗增加,變換器的效率降低。為了將實現(xiàn)所有開關管ZVS 的負載范圍延展到整個功率范圍,單邊全橋PWM 控制被提出。通過在一側全橋引入PWM 控制,實際上是增加了一個控制維度,以達到全功率范圍實現(xiàn)ZVS 的目標。本文分析了單邊全橋PWM 控制的工作原理和軟開關特性,并且確定了占空比的選取原則。最后,在Saber 里搭建了仿真電路,通過仿真驗證了,應用單邊全橋 PWM控制,變換器的效率明顯提高。

    [1] 賈宏新,張宇,王育飛,等.儲能技術在風力發(fā)電系統(tǒng)中的應用[J].可再生能源,2009,27(6):10-15.

    [2] 程時杰,李剛,孫海順,等.儲能技術在電氣工程領域中的應用與展望[J].電網(wǎng)與清潔源,2009,25(2):1-8.

    [3] 國家電網(wǎng)公司“電網(wǎng)新技術前景研究”項目咨詢組.大規(guī)模儲能技術在電力系統(tǒng)中的應用前景分析[J].電力系統(tǒng)自動化,2013,37(1):3-8,30.

    [4] 鮑諺,姜久春,張維戈,等.電動汽車移動儲能系統(tǒng)模型及控制策略[J].電力系統(tǒng)自化,2012,36(22):36-43.

    [5] DeDoncker R W,Divan DM,Kheraluwala MH,A Three-phase Soft- switched High Power Density Dc-To-Dc Converter for High Power Applications[J].IEEE Trans.Industry Applications,1991,27(1)∶63-73.

    [6] Haimin Tao,Kotsopoulos A.,Duarte J L.,et al.Transformer- Coupled Multiport ZVS Bidirectional DC-DC Converter with Wide Input Range[J].Power Electronics,IEEE Transactions on ,2008,23(2):771-781.

    [7] Oggier,GG,García,GO,Oliva,AR.Modulation Strategy to Operate the Dual Active Bridge DC-DC Converter Under Soft Switching in the Whole Operating Range[J].Power Electronics,IEEE Transactions on ,2011,26(4):1228-1236.

    猜你喜歡
    全橋輸出功率雙向
    雙向度的成長與自我實現(xiàn)
    出版人(2022年11期)2022-11-15 04:30:18
    基于TI控制器UCC28950的全橋移相ZVS變換器設計
    電測與儀表(2016年4期)2016-04-11 09:48:06
    一種軟開關的交錯并聯(lián)Buck/Boost雙向DC/DC變換器
    開關電源全橋變換器的協(xié)同控制
    一種工作頻率可變的雙向DC-DC變換器
    電源技術(2015年9期)2015-06-05 09:36:07
    單相全橋三電平逆變器的控制與仿真
    適用于智能電網(wǎng)的任意波形輸出功率源
    基于雙層BP神經(jīng)網(wǎng)絡的光伏電站輸出功率預測
    一種實用的大功率全橋ZVZCS變換器的設計
    分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器輸出功率的自適應控制
    丹凤县| 封丘县| 海门市| 甘孜县| 辽源市| 任丘市| 江安县| 郧西县| 清丰县| 龙江县| 瓦房店市| 高淳县| 西峡县| 池州市| 五河县| 长寿区| 临沭县| 定陶县| 五寨县| 义马市| 益阳市| 吴堡县| 平阳县| 商水县| 伊通| 黄平县| 康定县| 方城县| 锦屏县| 石河子市| 兴和县| 格尔木市| 二手房| 高台县| 广南县| 怀来县| 陈巴尔虎旗| 商洛市| 城步| 南丹县| 吉木萨尔县|