（电力电子与电力传动专业论文）多电源输入开关功率变换器分析与研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 a b s t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d ，n a t u r a le n e r g ya c c u m u l a t i o nf o rm i l l i o n so f y e a r si sc o n s u m e dr a p i d l y ；n o ww ef a c ew i t hd e p l e t i o no fn a t u r a lr e s o u r c e sa n dt h es e v e r e e n v i r o n m e n tp r e s s u r e u n d e rt h i ss i t u a t i o n , n e we n e r g i e ss u c ha sw i n d ，s o l a r , a n df u e lc e l l s a r ep r o m i s i n gc h o o s e s i nt h i sa r e a , w eh a v em e tal o to fo p p o r t u n i t i e sa n dc h a l l e n g e s b e c a u s eo fi n s t a b i l i t yo ft h en e we n e r g y , a n o t h e ri n p u t i n gs o u r c ei sn e e d e dt ob eu s e di n c o n j u n c t i o nw i t ht h en e we n e r g yi n p u t i n gs o u r c e s ， s o m u l t i - i n p u tp o w e rs w i t c h i n g c o n v e r t e r sh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tr e s e a r c hp r o j e c t t h ep a p e rd e t a i l e da n a l y s i so fe x i s t i n gm u l t i i n p u tp o w e rs w i t c h e sc o n v e r t e rt o p o l o g y a n dp o i n to u tt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fe a c hc o n v e r t e rt o p o l o g y c o m b i n a t i o no f f u e lc e l la n db a t t e r yc h a r a c t e r i s t i c s ，t w o - i n p u ts w i t c h i n gc o n v e r t e r sw a sp r o p o s e d l i n k i n g w i m 向e lc e l l sb ya ni n t e r l e a v e db o o s ts w i t c hc o n v e r t e rc a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h ef u e lc e l l i n p u tc u r r e n tr i p p l e ，t h e r e b ye x t e n d i n gl i f eo ff u e lc e l l s l i n k i n gw i t hb a t t e r yb yb u c k b o o s t t w o 。w a ys w i t c h i n gc o n v e r t e r , i te a r l sn o to n l yt r a n s p o r ta n dp r o c e s sb a t t e r yp o w e rt ot h el o a d ， b u ta l s oc h a r g e st h ee n e r g yw h e nt h eb a t t e r yp o w e ri sl o w s oi th a sat w o - w a y e n e r g yf l o w c a p a c i t y t h e r ei sn oe n e r g ys t o r a g ec a p a c i t yf o rp r o t o nm e m b r a n ef u e lc e l la n dt h eo u t p u t v o l t a g ei sv u l n e r a b l et oc h a n g e si nl o a da n dt h ei m p a c to ff u e lc e l lp o l a r i z a t i o nl o s s e s b y c o m b i n i n gw i t ht h eb a t t e r yp o w e rs u p p l y , n o to n l yi n c r e a s i n gt h el o a dc a p a c i t yo ft h ef u e l c e l lp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m , b u ta l s or e d u c i n gt h ec o s to ff u e lc e l l s 。o nt h eo t h e rh a n d , i n c r e a s i n gs y s t e mr e d u n d a n c ya n dr e d u c i n gs y s t e mp o w e rs u p p l yf a i l u r e a c c o r d i n gt ot h ew o r k i n gc o n d i t i o n , i nt h i st h e s i se n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e n e s t a b l i s h e d ，c o n t r o l l i n gs y s t e ma l s ob e e nd e s i g n e df o re v e r yw o r k i n gm o d e t h es y s t e m s t a b i l i t yh a sb e e np r o v e db yt h ec i r c u i tm o d e lo ft h es y s t e m f i n a l l ys i m u l a t i o na n d e x p e r i m e n t a lc e r t i f yv a r i o u so p e r a t i n gm o d e so ft h es y s t e m k e y w o r d s ：m u l t i i n p u tp o w e rs w i t c hc o n v e r t e r ；f u e lc e l l s ；b a t t e r y ；e n e r g ym a n a g e m e n t ； b i d i r e c t i o n a ld c d cc o n v e r t e r 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密影使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“扩) 学位论文作者签名：勿 ，时，燃料电池单独供电不能满足负载要求，为了使系 统稳定工作，需要蓄电池补充能量不足部分，此时对交错并联b o o s t 变换器进行恒流 控制，其控制框图如图2 - 1 7 所示；当罡剃 ，时，燃料电池能够满足负载能量需 求，负载由燃料电池单独供电，此时对交错并联b o o s t 变换器进行恒压控制，其控制 框图如图2 1 8 所示。 互0 一囤_ t 厶 图2 1 7 交错 幽t + i l l r f 拶, 0 5 图2 - 2 1c c m 、d c m 电感电流波形随占空比变化关系图 由图2 2 1 可知，一个开关周期内，占空比及电感电流导电模式不同，电路具体 状态组合也不同。下面详细分析各个模式及占空比下电路的状态组合。 ( 1 ) c c m ( d o 5 ) 开关变换器状态1 、状态4 、状态7 ，一个开关周期内会有 2 次状态7 出现，每次状态7 持续时间为么2 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 1 页 ( 4 ) d c m ( d o 5 ) 开关变换器工作在状态1 、状态3 、状态4 、状态5 、状态7 。 每个开关周期内会有2 次状态7 出现，每次状态7 持续时间为赢2 。 由于电路结构对称，厶= 岛，i = r 2 ，吐= 以，吃= 以，吃= 吨。图2 2 1 所示的 六种状态分别代入公式( 2 - 2 5 ) 和( 2 2 6 ) 后，可以统一状态空间平均方程为： x = 似+ b 吃( 2 - 3 1 ) c c ma = d c ma = 一旦o 一1 - d 厶厶 o r 2 1 - d 厶厶 1 一d 1 一d1 ccr c 1 ( d + 4 ) 厶 ，b = o 一生 厶 。一兰【2 型一堡 厶厶 d p c d p 1 cr c 稳态下，x = - a - 1 b 圪，由此解得： c c m m = 苦= 击1d _ 厶=圪 一 1 酮 1 厶 1 厶 o ，b = 去( 。+ q ) 去( 。+ q ) 0 ( 2 - 3 2 ) ( 2 - 3 3 ) 矿 圪= 二旦-( 2 - 3 4 ) o 1 一d 、7 剃m = 毒小号小厶= 茜件等吃 倍3 5 ， q ：型2 塑d一击 ( 2 - 3 6 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 2 页 2 3 2 控制补偿小信号分析 小信号分析是研究系统动态特性及稳定性分析时常用的研究方法，前面已对交错 并联b o o s t 电路进行了理论建模分析，下面在此基础上进行动态特性分析，设，吃0 ， 则状态变量屯l = 屯2 = 屯，式( 2 3 2 ) 、( 2 3 3 ) 可写为： c c ma = d c ma = o ，一半 1 一d1 c r c n 见 o ，一子 d p 1 c r c ，b = l 三l ( 2 3 7 ) 驯 一斟 仁3 8 ， 系统状态方程可以描述为x = ，( 彳，圪，d ) ，假定占空比d 的扰动量为d ，去掉 直流稳态量，小信号模型可表示为 则 故 拿：4 ，鲁b ，t + k 会 西 5 ， o f a = o x n i 8 f d = 一， d v s x - ( , z 一彳，) - 1k d ， o f k = o a r = 祟：鬻d (s ) 5 a 1 十a 2 ( 2 - 3 9 ) ( 2 - - 4 0 ) ( 2 - 4 1 ) ( 2 - 4 2 ) 啪k 杀= 亟m i 葛i s 丽_ 2 r ( 一i _ d ) 2 1 仁4 3 ， 啪k 卷= 翼赢丽一 ( 2 - 4 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 3 页 ：糍=