节能电梯系统中双向DC-DC变换器关键技术的研究

【摘要】：电梯在我们生活中扮演了越来越重要的角色，随之而来的能耗问题也越来越突出。本文提出了一种基于超级电容储能的电梯节能技术：在电梯曳引机馈能时利用超级电容储能，而当曳引机需能时释放能量，以此来达到节能目的。双向DC-DC变换器是系统中实现节能的核心，对其在系统应用中的关键问题开展研究。 对DC-DC变换器进行了小信号建模分析，求出了系统的开环传递函数，并且以此为基础设计了DC-DC变换器的电压、电流调节器，最后进行了仿真分析和实验验证。 双向DC-DC变换器应用在节能电梯系统中，当曳引机处在加、减速过程中时，变换器会受到较大扰动。为此，本文对该DC-DC变换器系统进行了大信号建模分析，求解出新型的非线性控制策略，并根据大信号模型及反馈控制率优化了DC-DC变换器主电路和控制电路参数。 在节能电梯系统中，双向DC-DC变换器高压侧接变频器直流母线，两个具有非线性时变特性的电力电子模块相连必然存在级联稳定性问题。为此，本文从各模块输入、输出阻抗角度出发，通过对DC-DC变换器主电路参数优化以及控制方法的改进，使得DC-DC变换器工作在电压或电流闭环模式下，系统都满足|Z_o||Z_(in)|，确保级联系统稳定性。 研制了基于双向Buck-Boost拓扑结构的功率为12KW实验样机，进行了系统软、硬件设计。在节能电梯模拟实验系统中，对超级电容进行了充放电实验，以验证DC-DC变换器的满足节能电梯系统性能要求。 【关键词】：节能电梯 双向DC-DC变换器 大信号建模 级联
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 课题背景及意义8-9
• 1.2 双向 DC-DC 变换器建模方法的研究现状9-12
• 1.2.1 小信号建模分析法研究现状9-10
• 1.2.2 大信号建模分析法研究现状10-12
• 1.3 DC-DC 变化器的控制方法研究现状12-15
• 1.4 双向 DC-DC 变换器的级联特性研究现状15
• 1.5 本文主要研究内容15-17
• 第二章 双向 DC-DC 变换器的小信号建模及其控制方法17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 BUCK-BOOST 型双向 DC-DC 变换器的工作模式分析17
• 2.3 双向 DC-DC 变换器的小信号建模17-22
• 2.4 基于小信号模型的双向 DC-DC 变换器的控制方法研究22-27
• 2.4.1 双向 DC-DC 变换器系统仿真研究22-23
• 2.4.2 双向 DC-DC 变换器系统稳态实验23-24
• 2.4.3 双向 DC-DC 变换器动态特性实验24-27
• 2.5 基于小信号模型的双向 DC-DC 变换器的抗扰性分析27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 双向 DC/DC 变换器的大信号建模及其控制方法30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 双向 DC-DC 变换器系统的大信号建模30-35
• 3.2.1 双向 Buck-Boost 变换器两种等效电路30-31
• 3.2.2 DC-DC 变换器的双线性系统模型31-32
• 3.2.3 基于 Lyapunov 第二法的控制率求取32-35
• 3.3 双向 DC-DC 大信号模型仿真35-37
• 3.4 电梯运行工况下 DC-DC 输出特性仿真37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 节能电梯系统中各模块级联特性分析40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 三相电压型逆变器输入阻抗及仿真分析40-44
• 4.3 双向 DC-DC 变换器闭环输出阻抗及仿真分析44-45
• 4.3.1 电压闭环的双向 DC-DC 变换器系统输出阻抗44-45
• 4.3.2 电流闭环的双向 DC-DC 变换器系统输出阻抗45
• 4.4 级联系统稳定性研究45-49
• 4.4.1 级联系统电压闭环阻抗分析45-48
• 4.4.2 级联系统电流闭环阻抗分析48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 节能电梯系统中双向 DC-DC 样机的研制及其相关实验50-58
• 5.1 超级电容储能电梯节能系统平台搭建50-51
• 5.2 12KW DC-DC 实验样机的硬软件设计51-54
• 5.2.1 节能电梯系统硬件设计51-53
• 5.2.2 双向 DC-DC 变换器软件设计53-54
• 5.3 基于双向 DC-DC 变换器的实验研究54-57
• 5.3.1 电池充电实验54-55
• 5.3.2 超级电容恒流充电实验55-56
• 5.3.3 双向 DC-DC 变换器动态性能实验56-57
• 5.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果62-64
• 致谢64

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