用于新能源混合发电的三端口DC/DC变换器的研究

摘要

随着化石燃料储量的下降和因大量燃烧化石燃料造成的全球环境恶化，人们的目光逐渐聚焦到新能源上.新能源因其无污染、可循环再生、分布广泛等特性正被越爱越多的人所接受与认可.论文从风能和太阳能的能量随机波动特性出发，引出了新能源混合发电的必要性与重要性。通过对比两端口变换器与三端口变换器的优缺点，得出三端口变换器在新能源混合发电的应用场合具有较大的优势．论文通过研究前人提出的三端口变换器的电路结构规律和其优缺点的基础上，结合项目的要求，引出了一种具有宽电压输入范围、三端口电气隔离、软开关运行和低输入电流纹波特性的双向三端口DC/DC变换器．
　　 本文第二章对该变换器中的“三绕组变压器”进行了T/Δ-等效变换并给出了等效变换的详细推导过程和结果，以方便后续的电路分析.然后，在宽电压输入范围的条件下，对该变换器具有的5种不同工作模态进行了详细的分析，并采用了工程近似的方法对这5种工作模态下的功率和变压器电流有效值表达式进行了近似统一，并得出了全范围条件下的通用表达式，以简化分析与设计复杂度；此外，在全工作范围内，本文对所有开关管的软开关运行状态进行了分析，并给出了在最坏情况下所有开关管同时实现软开关的条件以及扩大软开关运行区域的方法。此外，对高压端电路的均压机制进行了阐述并提出了一种可行的均压控制方案。
　　 第三章叙述了三绕组变压器和Boost电感的详细设计与制作方法，并提出了该三端口变换器的完整控制框图和具体控制方法。最后，在第四章中本文通过制作一台2.5kW的实验样机，对该变换器在宽电压输入范围条件下的工作模态、均流效果、软开关特性和均压效果进行了实验验证，并证明了理论分析的正确性．

目录

文摘

英文文摘

项目基金资助

致谢

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 三端口变换器的研究现状

1.2.1 输入串/并联三端口变换器

1.2.2 输出串/并联三端口变换器

1.2.3 磁耦型三端口变换器

1.2.4 组合式三端口变换器

1.3 论文的研究内容

第二章 移相式三端口DC/DC变换器

2.1 方案提出

2.2 三绕组变压器T/Δ-等效变换

2.3 工作模态分析

2.3.1 模态1：0≤(?)≤Δ1

2.3.2 模态2：Δ1＜(?)＜π-Δ1

2.3.3 模态3：0≤(?)≤△2

2.3.4 模态4：Δ2＜(?)≤Δ2+2Δ1

2.3.5 模态5：(?)＞Δ2+2Δ1

2.4 模态的近似与统一

2.4.1 模态1、2的近似与统一

2.4.2 模态3、4、5的近似与统一

2.4.3 通用表达式

2.4.4 其他情况

2.5 软开关特性分析

2.6 端口3均压机制分析

2.7 本章小结

第三章 电路设计与控制

3.1 变换器的设计

3.1.1 变压器设计

3.1.2 Boost电感设计

3.1.3 开关管选型

3.2 控制策略

3.3 本章小结

第四章 样机与实验

4.1 模态实验

4.2 均流实验

4.3 软开关实验

4.4 均压实验

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录Ⅰ 程序流程图

附录Ⅱ 样机照片

作者简历

攻读硕士期间取得的科研成果