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超级电容储能系统双向DC/DC变换器研究

胡锦炉  
【摘要】:我国建筑物的能耗约占全国总能耗的28%左右,其中电梯的用电量仅次于空调,因此电梯的节能显得越来越重要。在电梯控制中,使用量最大的是变频调速,在电梯重载下行或者是轻载上行时,拖动电梯轿厢的电机工作在发电的状态,会产生大量的再生电能。平常使用的变频器都是单向供电,因而电机产生的再生能量无法回馈到电网上边,造成母线电压的抬升。如果再生能量不能通过有效的方法释放,将造成母线电压过高,控制电梯的变频器将因过高的电压而受到破坏,无法使用。电梯节能的主要方向是将再生能量利用起来,方法有两种。一种是采用DC/AC变换技术,将母线上的能量直接回馈到电网上;另一种是采用DC/DC变换技术,把母线上的能量储存到储能系统当中。前一种方法的缺点是,直接回馈到电网容易造成对电网的干扰。而后一种方法,不但避免了对电网的干扰,还能在电网断电后为电梯提供电能,提高电梯的工作可靠性。首先,本文介绍了双向DC/DC变换器的发展及应用。基于电梯节能需求的应用背景,针对超级电容储能系统,设计出适用的主电路拓扑。分析电路拓扑的工作原理,分别对超级电容的充电和放电进行详细的分析,制定控制策略。根据理论分析,采用Matlab/Simulink对变换器进行系统建模和仿真分析,建模及仿真对后续的硬件电路的设计有着直接的指导意义。接着,根据理论分析及仿真结果,设计硬件电路。主要包括:双向全桥主电路拓扑,基于UC3846的PWM控制器电路,基于MSP430的策略控制器电路,电流及电压保护电路,以及电感变压器的设计。其中涉及到全桥电路的设计,峰值电流控制方法的设计及建模,基于UC3846的斜坡补偿,MSP430的应用,高频变压器的设计等。最后,根据设计的硬件平台进行实验和调试,一方面对理论分析结果进行验证,另一方面通过细节的对比,找出理论与工程实际应用的区别,做出总结。


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