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近年来,由于化石能源的大量使用,给生态环境带来了一系列严重问题。积极开发和利用太阳能,推动能源的清洁低碳发展已成为缓解当前环境污染和气候变化的重要举措,然而,太阳能的发电量由光照强度决定,具有很大的不确定性,如何更有效的存储和再利用是新能源技术所要研究的方向,因此,能够控制能量双向流动的DC/DC变换器在新能源技术应用中不可或缺。本文针对户用储能系统中电池充放电的双向DC/DC变换器出发,通过结合谐振软开关和双向半桥,利用在传统电感-电感-电容(LLC)谐振网络中增加辅助励磁电感的方式,实现了变换器双向LLC软开关特性,提高了变换器功率密度。具体研究内容如下:
(1)阐述了新能源领域的研究进展和应用现状。分析了当前光伏发电和新能源电动汽车的发展动态。并简要说明了结合光伏和储能技术的户用光伏储能系统及其工作模式。同时,对目前双向DC/DC变换器的相关拓扑和控制方法进行了概述,分析了不同双向DC/DC拓扑的优缺点和应用场合。
(2)提出了一种新颖的双向LLC谐振式DC/DC拓扑。为了满足户用光伏储能系统中对双向DC/DC变换器的功率密度和成本要求,提出了一种新颖的双向LLC谐振式DC/DC拓扑,并详细分析了该拓扑的各种工作模态,同时,通过PSIM仿真平台对变换器进行了开环仿真实验,验证了所提拓扑的可行性。
(3)给出了双向LLC谐振式DC/DC变换器相关参数的详细计算。通过对变换器正向降压和反向升压进行等效电路分析,给出了变换器的增益特性曲线,分析了其工作特性。在此基础上,根据变换器应用场合要求,详细给出了变换器相关谐振元件的设计参数和关键器件选型,为样机制作提供了具体的设计指导。
(4)设计并制作了实验样机。在设计参数指导下,针对实际应用出发,设计并制作了基于双向LLC谐振式DC/DC变换器的实验样机,并对样机硬件和软件设计做了详细说明。进一步,通过样机实验平台,进行了多工作模态下的正向降压和反向升压实验,同时,给出了正向降压和反向升压时的样机效率,进一步验证了所提拓扑的正确性和有效性。
(1)阐述了新能源领域的研究进展和应用现状。分析了当前光伏发电和新能源电动汽车的发展动态。并简要说明了结合光伏和储能技术的户用光伏储能系统及其工作模式。同时,对目前双向DC/DC变换器的相关拓扑和控制方法进行了概述,分析了不同双向DC/DC拓扑的优缺点和应用场合。
(2)提出了一种新颖的双向LLC谐振式DC/DC拓扑。为了满足户用光伏储能系统中对双向DC/DC变换器的功率密度和成本要求,提出了一种新颖的双向LLC谐振式DC/DC拓扑,并详细分析了该拓扑的各种工作模态,同时,通过PSIM仿真平台对变换器进行了开环仿真实验,验证了所提拓扑的可行性。
(3)给出了双向LLC谐振式DC/DC变换器相关参数的详细计算。通过对变换器正向降压和反向升压进行等效电路分析,给出了变换器的增益特性曲线,分析了其工作特性。在此基础上,根据变换器应用场合要求,详细给出了变换器相关谐振元件的设计参数和关键器件选型,为样机制作提供了具体的设计指导。
(4)设计并制作了实验样机。在设计参数指导下,针对实际应用出发,设计并制作了基于双向LLC谐振式DC/DC变换器的实验样机,并对样机硬件和软件设计做了详细说明。进一步,通过样机实验平台,进行了多工作模态下的正向降压和反向升压实验,同时,给出了正向降压和反向升压时的样机效率,进一步验证了所提拓扑的正确性和有效性。