樓宇直流供電系統(tǒng)架構(gòu)分析及變換器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、樓宇用電量占到目前全球總能源消耗量的1/3以上，研究樓宇用電節(jié)能技術(shù)、發(fā)展綠色樓宇十分必要。太陽能作為儲量極大的一種綠色清潔能源，是目前綠色樓宇供電系統(tǒng)的重要能量來源之一。含有光伏發(fā)電的直流供電系統(tǒng)正逐步成為綠色樓宇供電系統(tǒng)的一個(gè)重要的發(fā)展方向，研究含有光伏發(fā)電的直流供電系統(tǒng)對促進(jìn)分布式直流供電技術(shù)的發(fā)展、推廣直流供電技術(shù)在樓宇中的應(yīng)用具有十分重要的意義。
　　本文以含有光伏發(fā)電的樓宇直流供電系統(tǒng)為研究對象，針對系統(tǒng)的不同構(gòu)成方案

2、，對比和分析這些架構(gòu)的能量利用效率情況，研究系統(tǒng)的主要接口變換器的高效率電路拓?fù)浜涂刂撇呗缘汝P(guān)鍵技術(shù)，為構(gòu)建綠色樓宇光伏直流供電試驗(yàn)系統(tǒng)奠定一定的基礎(chǔ)。本文所完成的主要工作包括：
　　（1）基于能量及其傳輸路徑分析的思想，研究了樓宇直流供電系統(tǒng)的效率計(jì)算方法，對比分析和計(jì)算了常規(guī)直流母線架構(gòu)、蓄電池母線架構(gòu)、光伏電池母線架構(gòu)與傳統(tǒng)架構(gòu)的能量利用效率，結(jié)果表明光伏電池母線架和蓄電池母線架構(gòu)對光伏電能的利用和對儲能元件的利用優(yōu)于固定直

3、流母線電壓的常規(guī)母線架構(gòu)，而傳統(tǒng)交流架構(gòu)對光伏電能和儲能元件的利用效率相對較差，所提出的直流供電系統(tǒng)的效率分析方法能夠有效地用于系統(tǒng)架構(gòu)方案的評估。
　?。?）在光伏接口變換器的研究中，針對常規(guī)母線架構(gòu)系統(tǒng)，研究了基于耦合電感雙管buck-boost電路的集中式光伏接口，提出了耦合電感雙管buck-boost電路的一種非同步控制方式，提出了其滿足直流供電系統(tǒng)中光伏接口要求的控制策略。研究了基于電流源半橋電路的模塊式光伏接口，提出了

4、結(jié)合光伏電池功率包線、基于效率和功率密度協(xié)調(diào)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，提出了其滿足光伏接口設(shè)計(jì)要求的控制策略，能夠有效解決變換器的起動和輕載電壓控制問題。對上述兩種變換器分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與驗(yàn)證，結(jié)果顯示這兩種變換器及其控制策略能滿足樓宇直流供電系統(tǒng)對光伏接口變換器的電氣特性及控制要求。在此基礎(chǔ)上，分析了耦合電感雙管buck-boost變換器在變母線電壓系統(tǒng)的應(yīng)用情況，分析了變換器的參數(shù)設(shè)計(jì)方法和控制策略，研究表明雖然兩種情況下變換器的參數(shù)設(shè)計(jì)有

5、一定的差異，但變換器可以采用相似的控制策略。
　?。?）在儲能接口變換器的研究中，研究了基于電流源半橋電路的雙向直流變換器，用于單一蓄電池儲能，研究了由電流源半橋雙向直流電路衍生得到的新型多端口變換器，用于蓄電池和超級電容混合儲能，分析了兩種變換器的功率傳遞關(guān)系、軟開關(guān)條件，并在此基礎(chǔ)上分別提出了兩個(gè)變換器的控制策略，能夠使兩種變換器在正常工作時(shí)實(shí)現(xiàn)兩側(cè)電壓匹配功能從而拓寬軟開關(guān)范圍并提高變換器的效率，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)對單一或混合儲能

6、不同應(yīng)用的能量管理。為實(shí)現(xiàn)能用于較高直流電壓等級應(yīng)用的模塊化儲能變換器，提出了一種采用雙變壓器的雙向直流變換器，該變換器能夠通過對兩個(gè)高壓側(cè)端口的串聯(lián)，以適應(yīng)較高的母線電壓要求。分別對上述變換器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與驗(yàn)證。
　?。?）電網(wǎng)接口變換器的研究中，在分析全橋電路電網(wǎng)接口變換器研究的基礎(chǔ)上，針對變母線電壓系統(tǒng)，研究了基于雙有源橋級聯(lián)全橋電路的兩級式電網(wǎng)接口變換器，分析了兩級電路的工作原理與控制策略，分析了雙有源橋的功率傳遞關(guān)系和

7、軟開關(guān)條件，提出了一種兩級變換器協(xié)調(diào)控制策略。對全橋電路以及雙有源橋級聯(lián)全橋電路的兩級式電網(wǎng)接口變換器進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果顯示所提出的變換器能夠有效實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)與直流母線側(cè)的雙向能量交換，所提出的協(xié)調(diào)控制策略能夠通過調(diào)節(jié)兩級電路中間母線電壓，改善兩級電路的工作狀態(tài)，有利于兩級電路的效率提升。
　　本文研究得到的不同架構(gòu)樓宇直流供電系統(tǒng)的效率分析方法、各種接口變換器電路方案及其兼顧多種功能的控制策略，對進(jìn)一步研究能對光伏、儲能