高频隔离谐振型双向dc-dc变换器的研究

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1、ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing博士学位论文高频隔离谐振型双向DC-DC变换器的研究学院：机电与信息工程学院学号：TBP110401003作者：蔡莹莹学科专业：电力电子与电力传动导师：王聪教授2015年6月中图分类号：TM46密级：单位代码：11413博士学位论文中文题目：高频隔离谐振型双向DC-DC变换器的研究英文题目：ResearchonHighFrequencyIsolatedBidirectionalResonantDC-DCConverters作者：蔡莹莹学号：TBP110401003

2、学科专业：电力电子与电力传动研究方向：现代电力电子技术导师：王聪职称：教授论文提交日期：2015年4月14日论文答辩日期：2015年6月11日学位授予日期：2015年6月24日中国矿业大学（北京）独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国矿业大学（北京）或其他教学机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：关于论文

3、使用授权的说明本人完全了解中国矿业大学（北京）有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅或借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：.摘要未来的智能电力网络需要综合利用各种能源，包括石油、煤炭、风能、水能、核能、天然气、太阳能和生物能在内的八大能源的多元化发展对传统的集中式发电模式的电网结构提出了新的挑战，因此需要一套新型的电网管理系统来应对分布式发电模式的智能电网的高速发展。欧洲的UNIFLEX-PM（UNIv

4、ersalandFLEXiblePowerManagementinFutureElectricityNetworks）计划和美国的FREEDOM（FutureRenewableElectricEnergyDeliveryandManagement）项目都致力于研究一种智能网络并网运行的交互式接口——电力电子变换装置，以满足未来智能电网的需求。我国对于新能源发电也日益重视，智能电网的建设也提上了日程，但是我国对于分布式发电的智能电网的接口技术的研究并没有成熟的应用，因此在国内对该领域的研究就更加的迫切。本课题依托了国家自然科学基金项目——无工频变压

5、器级联式多电平变换器关键技术研究（51077125）。无工频变压器级联式多电平变换器是一个三级结构的变换器，本文重点研究其中间能量传输级的双向DC-DC变换器。对于本文的研究来说，传统的双向DC-DC变换器中功率开关管的开关损耗随着开关频率的增加而成比例的增大，这就减小了变换器的效率、限制了变换器工作频率的增加，而提高开关频率可以用高频变压器取代传统的工频变压器，使得整个设备的体积减小，从而提高了系统的功率密度；同时，由于谐振网络的谐振使得变换器的工作电流呈正弦规律变化，平滑的曲线和较小的电压电流变化率能够抑制高次谐波，因此对于谐振型双向DC-D

6、C变换器进行研究具有重要的现实意义和应用价值。鉴于谐振型DC-DC变换器在减小功率开关器件的损耗方面具有的优势，本文首先提出了高频隔离谐振型双向不对称DC-DC变换器的基本宏模型，在该模型中，高频隔离变压器的一端串联一个谐振电容，逆变单元和整流单元可以是全桥、半桥或者三电平半桥等，从而构成双向关于高频变压器不对称的变换器电路拓扑。通过对高频隔离变压器不同的等效变换，得出串联谐振、LLC谐振、LCC谐振这三种不同的双向DC-DC变换器的电路拓扑结构。其中需要特别提及的是，对于双向DC-DC变换器的电路拓扑来说，通常具有对称的结构更具有研究价值和意义

7、。因此针对于串联谐振的等效电路来说，为了构造双向对称的结构，将串联的谐振电容分解成两个关于高频变压对称的串联电容，这样再配合三电平半桥作为逆变单元和整流单元，构成了双三电平半桥CLLC谐振双向DC-DC变换器。通过对CLLC谐振变换器进行等效变换，本文提出的CLLC谐振变换器可以等效为LC串联谐振变换器，这一点与已有文献中研究的CLLC谐振有所不同，它最终等效为LLC谐振来进行分析和讨论的，而今这样的电路拓扑被称为CLLLC谐I振。为了避免混淆，特此说明。本文通过谐振变换器的基本宏模型，在对高频变压器进行等效变换后给出的三个具体的谐振型变换器的实

8、例分别为双三电平半桥CLLC谐振双向DC-DC变换器、三电平半桥和全桥组合的LLC谐振双向DC-DC变换器和双有源桥LCC谐振双向DC-