多端口直流变换器的研究-电力电子与电力传动专业论文.docx

南京航空航天大学硕士学位论文 摘 要 交通运输业的迅速发展带来的能源紧缺和环境污染问题日益严峻，发展电动汽车是解决该 问题的重要措施之一。电动汽车供电系统不同于传统的汽车，它是将各种新能源或传统能源与 蓄电池、超级电容等储能装置联合起来，通过多种能源之间的互补性实现能量的合理利用。在 该系统中，可采用多端口直流变换器(Multiple Ports DC-DC Converter, MPC)代替原有的多个单 输入直流变换器，由此简化系统结构、降低成本。本文基于电动汽车供电系统，对 MPC 展开 了详细的研究，讨论了 MPC 电路拓扑的生成规则，针对典型的 MPC 提出了相应的控制策略和 能量管理策略并进行了实验验证。 根据 MPC 中各个端口之间的能量流动特点，本文对已提出的 MPC 电路拓扑进行了分类。 针对第一类隔离型 MPC 电路拓扑，本文提出一种采用交变脉冲电源单元构建该类 MPC 的方法， 由该方法生成的电路结构简单、元器件少且功率密度高，并且易拓展到多端口。本文以双输入 半桥三电平全桥变换器为例，分析了该变换器在两种工作模式下的工作原理，讨论其能量管 理策略，并通过一个 1000 W 的原理样机验证了理论分析的正确性。 在总结现有第二、三类 MPC 电路拓扑特点的基础上，本文提出了第二、三类 MPC 电路拓 扑的基本结构，采用双向单极性脉冲电源单元和缓冲单元来构建这两类 MPC 电路拓扑，根据 脉冲源之间的组合规则以及脉冲源和缓冲单元之间的级联规则，提出了 MPC 电路拓扑的五种 生成规则，由上述规则推导出了不同种类和特点的 MPC 电路拓扑，所得到的电路拓扑简单实 用，具有良好的应用前景。 为了验证多端口变换器的能量管理策略，本文以三端口 BuckBoost 变换器为例，详细分 析了三端口 BuckBoost 变换器的六种工作模式，根据每个工作模式的等效电路提出了相应的 控制策略，最后研制了一台 1000 W 的原理样机，并进行了实验验证，实验结果验证了本文所 提出的能量管理策略的有效性。 关键词：电动汽车，多端口直流变换器，脉冲电源单元，能量管理 I 多端口直流变换器的研究 ABSTRACT The development of electric vehicles has been becoming the important solution for the energy crisis and environmental pollution that result from the rapid development of the transport industry. Unlike traditional car, the power system of electric vehicles integrate several new energy sources and traditional energy sources to power the load, along with the batteries and super capacitors, which will improve the stability and flexibility of the power system and achieve optimal utilization of the sources. In such system, a multiple ports dc/dc converter (MPC) can be introduced into the system instead of several conventional single-input converters, which leads to a simpler configuration and lower cost. In this dissertation, the topologies and control strategies of MPCs are proposed, and the therorectical analysis is validated by the experimental results. According to the energy flow between the ports of the MPC, available MPC are classified into different types, and the characteristics of each type are illustrated. In order to obtain the simple isolated MPC topology of