基于零电压开关的模块化均压电路研究

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1、基于零电压开关的模块化均压电路研究高瀚2015年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540基于零电压开关的模块化均压电路研究作者姓名高瀚学院名称自动化学院指导教师廖晓钟教授答辩委员会主席刘向东教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月Researchonmodularequalizationcircuitbasedonzero-voltageswitchingCandidateName:HanGAOSchoolorDepartment:SchoolofAutomationFac

2、ultyMentor:Prof.XiaozhongLiaoChair,ThesisCommittee：Prof.XiangdongLiuDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015摘要储能系统可以提高并网发电的稳定性，改善能量利用率和电网运行性能，在新能源发电、电动汽车以及UPS等领域扮演越来越重的角色。除水电厂之外的

3、储能系统一般采用蓄电池或者超级电容等储能单体进行储能。目前常用的储能单体额定电压较低，一般需串联组成储能系统。由于储能单体性能和参数的不一致会导致储能系统中某些单体过度充电或者过度放电，损害储能单体甚至对整个系统造成危害，因此电压均衡技术对储能系统的发展有着重要的意义。本文针对储能单体均压方法进行了研究，分析了目前常用均压方法的工作机制，总结了均压方法的优缺点，在此基础上提出一种基于零电压开关的新型均压方法。介绍了该均压方法的基本均压模块的工作原理以及控制方法，给出了该方法实现零电压开关均压的条件，介绍了基本均压模块如何进行拓扑扩展以

4、及扩展后均压系统的特点。利用PSIM仿真软件完成基本均压模块的仿真，根据仿真结果分析储能单体不同状态下均压电路的性能；完成基本均压模块拓扑扩展结构的仿真，根据仿真结果分析均压模块拓扑扩展的有效性。本文还根据仿真模型设计零电压开关均压方法的硬件实验电路并完成实验研究，验证了基本均压模块的均压性能以及模块化扩展的有效性。最后通过对不同均压方法实验结果的对比分析，证明本文提出的零电压开关均压方法在均压误差和均压效率上的优越性。本文提出的基于零电压开关的均压方法实现了均压过程中开关器件的软开关，减少了开关损耗，提高了均压效率；均压电路模块化程

5、度高，可以构成不同形式的拓展结构，方便在大规模储能系统中的应用。关键词：电压均衡；零电压开关；储能系统；拓扑结构；模块化IAbstractWiththefunctionofimprovingthestabilityandequalityofpowergenerationandincreasingenergyefficiency,energystoragesystemplaysagrowingroleinfieldssuchasnewenergypowergeneration,electricvehiclesaswellasUPS.At

6、presentenergystoragesystemgenerallyadoptsbatteryorsupercapacitortostorageenergyexcepthydropower.Ahigh-powerenergystoragesystemcontactseriesofbatteryorsuper-capacitorforthelownominalvoltageofenergystorageunitcommonlyused.Inconsistentinperformanceandparametersoftheenergys

7、torageunitwillresultinexcessivechargeorexcessivedischargeofmonomerinthesystem,whichmayhurtenergystorageunitandevendamagethewholeenergystoragesystem.Thus,thevoltagebalancingtechnologyisofgreatsignificancetothedevelopmentofenergystoragesystem.Differentequalizationmethodsa

8、restudiedinthisthesis.Basedonanalysisofworkingmechanismareandsummarizeforadvantagesanddisadvantagesofequalizat