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基于充放电的双向直流电力调节器设计与实现

作　者: 曾程
导　师: 全书海
学　校: 武汉理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 双向直流电力调节器充放电模式控制模型数字控制器
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 93次
引　用: 1次
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内容摘要

双向直流电力调节器是直流微电网分布式电源系统中重要的组成单元,功能上等同于两个单向直流电力调节器。在海上舰船供电系统中,双向直流电力调节器在新型环保能源充足的时候,蓄电池充电储存能量用作备用电源,在新型能源供电不足或者不能使用噪声大的燃油发电机时,又能让蓄电池给直流母线供电,有着重要的研究意义。本文以此为背景,开展20kW放电10kW充电双向直流电力调节器的研究,以DSPIC33F610单片机为核心控制器,通过CAN总线接受外部的控制命令,实现能量的双向流动。主要研究内容如下：在分析双向直流电力调节器功能作用和技术规格的基础上,制定了以全桥隔离为主电路拓扑结构的双向直流电力调节器总体方案,并针对硬件电路提出了各个辅助电路模块的设计思路。分析了主电路的工作原理,分别提出了充电模式和放电模式下的启动控制方式,并且设计了双向直流电力调节器各个辅助电路单元的硬件电路,并提出了一种基于驱动模块的可靠稳定的保护电路。用状态空间平均法建立了双向直流电力调节器的数学模型,在此模型的基础上设计了适用于本系统的PI控制器,通过MTLAB仿真验证了其控制效果,针对放电模式设计出了离散化的数字PI控制器,使占空比稳定调节,从而防止输出电压超调。总结了研究与实验的过程,并详细分析了充电模式和放电模式时实验结果及产生的原因。最后对双向直流电力调节器的性能进行了测试。测试结果表明,该双向直流电力调节器具有良好的负载调整率,输出稳定,电压纹波小,调节速度快,保护及时的特点,满足了充放电双向直流电力调节器的需要。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 引言  8-9
  1.2 研究目的和意义  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-12
  1.4 本文研究的内容  12-13
第2章双向直流电力调节器总体方案设计  13-17
  2.1 双向直流电力调节器总体结构  13-14
  2.2 双向直流电力调节器指标要求  14
  2.3 双向直流电力调节器总体方案  14-16
  2.4 本章小结  16-17
第3章双向直流电力调节器硬件电路设计  17-40
  3.1 双向DC/DC变换电路  17-20
  3.2 双向直流电力调节器充放电模式研究  20-31
    3.2.1 主电路拓扑结构  20-21
    3.2.2 放电模式  21-24
    3.2.3 充电模式  24-29
    3.2.4 双向直流电力调节器的启动控制  29-31
  3.3 主电路参数设计  31-34
    3.3.1 功率器件IGBT的选型  31-32
    3.3.2 变压器参数优化设计  32-33
    3.3.3 蓄电池端Boost电感参数设计  33-34
  3.4 电压、双向电流检测电路  34-35
    3.4.1 电压检测电路  34-35
    3.4.2 双向电流检测电路  35
  3.5 隔离驱动与保护电路  35-38
    3.5.1 短路保护检测  36-37
    3.5.2 IGBT过压保护检测  37-38
  3.6 通讯接口电路  38-39
    3.6.1 CAN总线通讯电路  38
    3.6.2 上位机监控接口电路  38-39
  3.7 本章小结  39-40
第4章双向直流电力调节器建模与控制器设计  40-59
  4.1 基于状态空间平均法的建模分析  40-49
    4.1.1 状态空间平均法建模过程  40-41
    4.1.2 Buck电力调节器状态空间平均模型  41-44
    4.1.3 Boost电力调节器状态空间平均模型  44-48
    4.1.4 非隔离双向直流电力调节器模型的建立  48-49
  4.2 全桥隔离双向直流电力调节器模型的建立  49-50
  4.3 双向直流电力调节器数字控制器设计  50-58
    4.3.1 小信号模型结构框图  50-52
    4.3.2 放电模式控制器设计  52-55
    4.3.3 充电模式控制器设计  55-56
    4.3.4 数字控制器设计  56-58
  4.4 本章小结  58-59
第5章实验研究与性能测试  59-66
  5.1 放电模式试验与分析  60-61
  5.2 充电模式试验与分析  61-62
  5.3 双向直流电力调节器性能实测  62-66
第6章全文总结  66-68
  6.1 全文工作总结  66-67
  6.2 展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表的论文  72

基于充放电的双向直流电力调节器设计与实现

内容摘要

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