蓄电池充放电系统的研究

论文摘要

目前，传统的蓄电池充放电系统存在功率因数低、谐波污染严重等问题，本文结合PWM整流技术，将PWM整流器应用到蓄电池的充放电系统中，实现对蓄电池充电和放电时能量回馈给电网的双重功能，同时提高充放电系统的功率因数，减少对电力系统的电力污染。本文选择了三相电压型PWM整流器和双向DC-DC变换器作为充放电系统主电路拓扑结构，并建立了它们对应的数学模型。在此基础上，对主电路的参数和控制系统进行设计，以实现系统高功率因数运行，满足充放电特性要求。其次，直流母线电压的稳定性是整个充放电系统的关键环节，针对传统的PWM整流器双闭环控制下,直流母线电压受负载扰动和电网波动影响较大的问题，本文提出了电压外环采用前馈补偿和输出电压反馈控制的方法。通过仿真验证了该方法的可行性。然后，在MATLAB／SIMULINK环境中建立了充放电系统仿真模型。分别采用恒流限压和脉冲充电两种控制方法对蓄电池充电，并对传统充放电系统和本文中提出的高功率因数充放电系统进行仿真比较；仿真结果验证了高功率因数充放电系统能实现高功率因数和电能的双向流动。最后，搭建了三相PWM整流器实验平台，实验结果表明，所设计的可逆PWM整流器可实现网侧电流正弦化、能量双向流动等功能。所以，可逆PWM整流器集充、放电功能于一身，既可作为蓄电池的充电电源，又可以当作蓄电池放电的负载，将蓄电池放电时的能量回馈电网，达到节能、环保的目的。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 蓄电池的广泛应用
• 1.1.2 充放电装置的谐波污染和功率因数问题
• 1.1.3 PWM 整流技术的发展
• 1.2 蓄电池充放电装置的发展与研究现状
• 1.3 本课题的研究意义
• 1.4 本论文主要完成的研究工作
• 1.5 本章小结
• 2 充放电系统的拓扑结构及工作原理
• 2.1 充放电系统结构
• 2.2 充放电方法的研究
• 2.2.1 常见充电方法分析
• 2.2.2 系统采用的充放电方法
• 2.3 高功率因数充放电电路及工作原理
• 2.3.1 电压型 PWM 整流器工作原理
• 2.3.2 三相 VSR 数学模型
• 2.4 双向 DC-DC 变换的原理和控制模型的研究
• 2.4.1 双向 DC-DC 变换器的拓扑结构分析
• 2.4.2 双向半桥变换器的工作原理
• 2.4.3 双向 DC-DC 变换器的小信号模型
• 2.5 小结
• 3 充放电系统的控制方案设计
• 3.1 三相电压型 PWM 整流器控制方案设计
• 3.1.1 SVPWM 与 SPWM 比较
• 3.1.2 双闭环控制器设计
• 3.1.3 PWM 整流器抗扰动设计
• 3.2 双向 DC-DC 变换器的控制方案设计
• 3.2.1 恒流充电模式控制器的设计
• 3.2.2 恒压充电模式控制器的设计
• 3.2.3 放电模式控制器设计
• 3.3 本章小结
• 4 充放电系统主电路参数计算
• 4.1 交流侧电感设计
• 4.1.1 电感与相移因数和输出功率的分析
• 4.1.2 电感与电流跟踪速度关系的分析
• 4.1.3 电感与谐波电流关系的分析
• 4.2 直流侧电容的设计
• 4.2.1 满足跟随性指标的电容设计
• 4.2.2 满足抗干扰性能的电容设计
• 4.3 电池侧电感的设计
• 4.4 电池侧电容设计
• 4.5 小结
• 5 充放电系统的硬件电路和软件设计
• 5.1 硬件电路设计
• 5.1.1 功率开关器件的选取
• 5.1.2 PWM 驱动电路
• 5.1.3 电压检测电路
• 5.1.4 电流检测电路
• 5.2 软件设计
• 5.3 小结
• 6 系统仿真和实验结果分析
• 6.1 基于功率平衡的整流器的抗扰动仿真
• 6.2 电池模型的建立
• 6.3 传统整流和高功率因数的充放电系统仿真比较
• 6.4 快速脉冲充电仿真与结果分析
• 6.5 PWM 整流器实验
• 6.6 小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集