【摘 要】
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为解决传统能源短缺和其带来的环境污染问题,风电、光伏和潮汐能等新能源发电技术愈发受到各国重视。但随着分布式电源、直流负荷和电动汽车的大量入网,给电网安全运行带来了挑战。微电网系统是解决上述问题的可行方案,而双向DC-DC变换器能够实现储能设备和直流母线之间的能量传输,成为微电网系统中的重要一环。双有源桥（Dual Active Bridge,DAB）DC-DC变换器因功率密度高、电气隔离、易实现软
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为解决传统能源短缺和其带来的环境污染问题,风电、光伏和潮汐能等新能源发电技术愈发受到各国重视。但随着分布式电源、直流负荷和电动汽车的大量入网,给电网安全运行带来了挑战。微电网系统是解决上述问题的可行方案,而双向DC-DC变换器能够实现储能设备和直流母线之间的能量传输,成为微电网系统中的重要一环。双有源桥（Dual Active Bridge,DAB）DC-DC变换器因功率密度高、电气隔离、易实现软开关等特性,受到了广泛关注。为此,本文以DAB变换器为研究对象,进行了性能优化控制策略方面的研究,主要内容如下:（1）介绍了传统单移相控制下DAB变换器的基本工作原理,分析了单移相控制的功率模型、电流应力和零电压开通特性。结果表明,在单移相控制下的电流应力较大、软开关范围小,且该现象随着电压不匹配程度的增加而愈发明显。（2）为解决单移相控制下存在的问题,并降低系统控制难度,提出一种基于扩展移相的DAB无电流传感器效率优化控制策略。首先,依据两侧全桥输出电压间的相位关系和桥内移相角的大小,重新定义新的移相比,以确保移相比与传输功率的正相关性;接着,基于开关管的通断顺序,对DAB进行工作模态的划分,并择优选出两种作为其实际工作模态;然后,利用Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件法实现在软开关条件下全功率段的电流应力优化,并与新的移相比相结合设计出一种更为简洁的闭环优化控制策略;最后,通过搭建DAB仿真模型及实验样机验证了所提控制策略的有效性和优越性。（3）针对一些对变换器效率和动态性能均有较高要求的应用场合,提出一种基于三重移相的DAB效率与动态性能混合优化控制策略。首先,从三重移相控制下的DAB工作模式中,选出2种作为变换器的实际工作模式,并引入新的外移相角,用以降低变换器建模和后续优化设计的难度;然后,分析这2种模式的工作原理和工作特性,借助KKT条件法,求出满足最小电流应力和软开关条件的最优移相比组合;在此基础上,建立输出电压状态空间模型,利用当前电压电流信息预测下一时刻输出电压,改善变换器的动态性能;最后,通过搭建DAB仿真模型及实验样机验证了所提控制策略的有效性和优越性。（4）对DAB实验样机进行了设计,其中硬件设计包括主电路、驱动电路、光耦隔离电路和相应的辅助电源电路;软件部分以F28335为控制器,对PWM波生成和系统程序流程进行了设计。最后,通过实验样机对多种优化控制策略和本文所提控制策略进行了实验验证和对比。该论文有图65幅,表6个,参考文献85篇。
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