并联分时供电降压直流斩波器型单级多输入独立供电系统

作     者：岳星 

作者单位：青岛大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐国卿;陈道炼

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：多输入逆变器 降压直流斩波器 独立供电系统 并联分时供电 能量管理控制策略 

摘      要：随着石油、煤和天然气等不可再生的化石能源日益紧张、环境污染日趋严重,能源和环境已成为21世纪人类所面临的重大问题。太阳能、风能、氢能、潮汐能和地热能等新能源具有清洁无污染、廉价、可靠、丰富等优点,其开发和利用越来越受到世界各国的广泛关注。然而,单一新能源供电受限于气候、季节等条件,存在电力供应不稳定、不连续、受环境影响大等缺陷。为克服单一新能源供电存在的缺陷,提高供电稳定性与连续性,实现新能源的充分利用和优先利用,需采用多种新能源联合供电的发电系统。因此,开展多种新能源联合供电的独立供电系统的研究,具有重要的理论价值和工程应用前景。本文在论述了多种新能源联合供电的独立供电系统的研究现状与发展的基础上,提出了一种并联分时供电降压直流斩波器型单级多输入独立供电系统,并对构成该系统的拓扑结构、能量管理控制策略、稳态原理特性、供电模式及其平滑切换、主要电路参数设计准则等关键技术进行了的理论分析、仿真与实验研究,获得了重要结论。所提出的并联分时供电降压直流斩波器型单级多输入独立供电系统的拓扑结构,是由一个并联分时供电降压直流斩波器型单级多输入逆变器与一个蓄电池充放电变换器在输出侧并联构成。单级多输入逆变器是由一个单输入单输出组合隔离双向降压直流斩波器将n路输入源四象限分时选择开关电路和一个输出LC滤波器连接构成,采用具有光伏MPPT的输入电压外环和输出滤波电感电流内环的最大功率输出能量管理SPWM控制策略;蓄电池充放电变换器是一种单级Buck/Boost型高频环节逆变器/整流器,采用具有输出电压直流偏置修正的类整流单极性移相SPWM控制策略。这种供电系统具有多路新能源和蓄电池向输出负载供电、多路新能源同时向输出负载和蓄电池供电、多路新能源单独向输出负载供电三种供电模式,根据输入功率和输出功率的大小,系统自动工作在一种供电模式且实现三种供电模式间的平滑无缝切换。单级多输入逆变器在正向能量传递和反向能量传递时的一个高频开关周期内存在10个工作区间,蓄电池充放电变换器一个高频开关周期内存在8个工作区间,给出了多输入逆变器的电压传输比、两象限外特性和充放电变换器的四象限外特性以及高频变压器匝比、有源箝位电容、谐振电容、功率开关电压和电流应力、输入和输出滤波器等关键电路参数设计准则。采用所提出的电路拓扑和能量管理控制策略,设计并研制了3k VA 240-360VDC/220V50Hz AC并联分时供电降压直流斩波器型单级多输入独立供电系统实验装置,PSIM仿真和实验结果表明,所提出的独立供电系统具有单级功率变换、高频电气隔离、功率密度高、变换效率高、三种供电模式、输出电压波形质量高等优良性能,在多种新能源联合供电领域具有广阔的应用前景。