基于双向DCDC变换器的混合动力RTG的研究.ppt

采用电压环控制器充电，在1s时： 负载电机动能： 200V锂电池组充电功率： 能量回收效率： 本设计锂电池组储能系统对起重机制动能量的回收效率为 Company Logo 检测技术与自动化装置 LOGO 基于双向DC-DC变换器的混合动力RTG的研究 1 混合动力起重机系统研究 2 双向DC-DC变换器控制策略设计 3 系统仿真结果及分析 4 5 绪 论 总结与展望 混合动力轮胎式龙门起重机（RTG） 混合动力船舶 十九世纪末，混合动力技术(Hybrid)成功应用于电动汽车领域。目前Hybrid技术存在着两种新的趋势 课题背景及意义 1 绪 论 （1）回收势能，并保持传统起重机灵活性； （2）节能降耗，降低柴油发电机配置容量； （3）成本投入，前期一次性投入，后期节能减排回收成本 Petar J. Grbovic′等一系列论文利用状态空间平均法对双向DC-DC变换器建模，使用二项式准则和巴特沃斯准则对双向DC-DC控制器进行设计，实现了基于超级电容器的混合动力RTG的制动能量回收和不间断运行 2011年 韩国Sang-Min Kim等主要从基于超级电容器的混合动力RTG的能量管理和控制策略方面进行研究 2006年 上海振华港机公司(ZPMC)自主开发的基于超级电容器的轮胎式集装箱起重机在美国西雅图正式投入使用 2006年 日本TCM公司开发的混合动力RTG在东京集装箱码头投入使用 2006年 日立建机生产出了世界上第一台混合动力驱动的轮式装载机 2003年 研究成果 时间 1 绪 论 国内外研究现状 上海振华重工混合动力RTG调试现场 1 绪 论 装载混合动力电源装置前 装载混合动力电源装置后 下放30吨负载时黑烟排放对比画面 1 绪 论 3 2 混合动力RTG系统 1 2 混合动力起重机系统研究 双向DC-DC变换器 锂电池特性 他励直流电动机 4 2 混合动力起重机系统研究 混合动力起重机系统的工作原理及能量流动图，系统在运行过程中主要有3种工作模式：柴油发电机模式、再生发电模式和锂电池组放电模式。 2 混合动力起重机系统研究 电压与容量关系 电压与寿命关系 单体锂电池特性 2 混合动力起重机系统研究 左半部分为锂电池使用寿命模型；右半部分为锂电池Thevenin模型， 该电路模型由一个受控电压源、电压瞬时下降反应电阻Rseries和2个串联的RC网络组成。 2 混合动力起重机系统研究 锂电池组能 量流向控制图 2 混合动力起重机系统研究 双向DC-DC变换器电路参数设计 功率开关元件IGBT的开关频率设计为10kHz。 储能电感： 输入、输出滤波电容： 缓冲电路： 2 混合动力起重机系统研究 （1）保持IGBT开关管V4导通，V3关断，电动机运行在正向电动和正向再生制动状态； （2）保持IGBT开关管V2导通，V1关断，电动机运行在反向电动和反向回馈制动状态。 全桥可逆斩波电路驱动他励直流电动机四象限运行。 3 双向DC-DC变换器控制策略设计 （1）针对锂电池组系统充电状态（Buck模式），分别设计了电感电流环和直流母线电压环两种控制方式； （2）针对锂电池组系统放电状态（Boost模式），设计了电感电流内环和直流母线电压外环的双闭环控制方式。 下图为锂电池组充放电系统电路。 3 双向DC-DC变换器控制策略设计 Buck降压模式 对开关网络利用状态空间平均法进行小信号建模，受控源的开关周期平均值分别为 ： 受控电压源： 受控电流源： 3 双向DC-DC变换器控制策略设计 Buck变换器小信号交流模型经拉氏变换后可得： Buck变换器的占空比 至锂电池侧电流 的传递函数： 3 双向DC-DC变换器控制策略设计 Buck模式电流环补偿前后系统开环波特图 设计电流环PI调节器的转折频率为70Hz，系统穿越频率为700Hz 。 电流环补偿后开环系统的幅值裕量为6.63dB，相位裕量为48.4度。 3 双向DC-DC变换器控制策略设计 Boost升压模式 对开关网络运用状态空间平均法进行小信号建模，受控源的开关周期平均值分别为 ： 受控电压源： 受控电流源： 3 双向DC-DC变换器控制策略设计 Boost变换器小信号交流模型经拉氏变换后可得： Boost变换器的占空比