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摘 要

在传统化石能源日渐消耗的背景下，近年来人们越来越关注电能这一清洁能源。电能自投入使用以来，其转换一直是工作运行的关键。电力电子设备便是该领域研究工作的产物。在新能源发电过程中，承担电能变换的变换器往往需要对其两侧的功率流动方向进行有效控制，也就是要求能量作双向流动。

本文以双向直流变换为例，先概述了此种变换在实际工作中的背景、典型应用以及研究现状，表明该研究的实际工程价值。在其后描述了它在工作过程中用到的基本理念，以及完成变换所需构建的工作电路拓扑。对于要解决开关过程中遇到的开关损耗问题，本文也介绍了软开关技术的运用。由本文的实际要求入手，选择了双向全桥DC/DC变换器作为研究的拓扑结构。由于能量的某一方向传递过程和另一方向传递过程类似，可用相同方法类比推导，在第三章中以高压侧向低压侧传递能量为例，对双向全桥DC/DC变换器的两种广泛使用的移相控制策略，即单重移相控制和双重移相控制进行讨论。最后在PSCAD仿真软件上搭建电路模型，对两种控制策略进行仿真验证。

关键词： 双向变换 全桥拓扑 移相控制 软开关技术

Simulation and Research of Bidirectional DC-DC Converter

Abstract

Under the background of the gradual depletion of traditional fossil energy, people have paid more and more attention to the clean energy of electric energy in recent years. Since the power was put into use, its conversion has always been the key to its operation. Power electronic equipment is the product of research in this area. In the process of new energy power generation, the converters that undertake power conversion often need effective control of the power flow directions on both sides thereof, that is, energy is required to perform bidirectional flow.

This paper takes the bidirectional DC conversion as an example. Firstly, it summarizes the background, typical application and research status of this kind of transformation in practical work, and shows the practical engineering value of this research. After that, the working principle of the bi-directional DC/DC converter, the commonly used topology and the related soft-switching technology are introduced in detail. According to the research needs of this paper, the bi-directional full-bridge DC/DC converter is selected as the research topology. Since the energy transfer process in one direction is similar to the transfer process in the other direction, analogy can be derived analogously with the same method. In the third chapter, the transfer of energy from the high-voltage side to the low-voltage side is taken as an example. Two types of bidirectional full-bridge DC/DC converters are used. Widely used phase-shift control strategies, namely single phase shift control and double phase shift control, are discussed. Finally, a circuit model was built on the PSCAD simulation software to verify the two control strategies.

Key Words: Bi-directional transformation; Full-bridge topology; Phase-shift control; Soft-switching technology

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2双向DC/DC变换器的应用 1

1.2.1不停电电源系统（UPS） 1

1.2.2 固态变压器 2

1.2.3 航空航天电源系统 3

1.3 双向DC/DC变换器研究现状与发展 4

1.3.1 双向DC/DC变换器的研究现状 4

1.3.2 双向DC/DC变换器的发展 5

第二章 双向DC/DC变换器的原理及拓扑结构 7

2.1 双向DC/DC变换器工作原理 7

2.1.1 双向DC/DC变换器工作原理概述 7

2.1.2 双向DC/DC变换器组成方式 8

2.2 双向DC/DC变换器拓扑结构 9

2.2.1 非隔离型双向DC/DC变换器 9

2.2.2 隔离型双向DC/DC变换器 11

2.2.3 双向DC/DC变换器拓扑选择 13

第三章 双向全桥DC/DC变换器的控制方式 15

3.1 单重移相控制 16

3.1.1单重移相控制方式工作原理 16

3.1.2 单重移相控制方式工作模式 16

3.1.3 相关数学公式推导 18

3.2 双重移相控制 19

3.2.1 单侧双重移相控制工作模式 19

3.2.2 相关数学公式推导 22

3.2.3 关于消除回流功率的要求 23

第四章 双向全桥DC/DC变换器控制策略的仿真验证 26

4.1 单重移相控制仿真验证 26

4.2 单侧双重移相控制仿真验证 29

第五章 总结与展望 34

参考文献 35

致 谢 38

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

随着社会经济不断发展，我国的电力需求逐年增长。同时，由于国家大力加强电力建设以及电网努力提高电力调度能力，全社会的电能供求基本达到平衡。在此基础上，如何保证供电可靠性和提高电能质量受到广泛关注。

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