在移動(dòng)設(shè)備中，超級(jí)電容器通常與蓄電池共同使用提高效率，延長使用壽命，提供恒定功率。通過組合，可充分發(fā)揮超級(jí)電容器的高功率密度和蓄電池的高能量密度的優(yōu)勢。

　　摘　要：本文介紹了多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在超級(jí)電容接口與DC總線連接的再生制動(dòng)應(yīng)用，并詳細(xì)分析了模塊化多電平變換器的結(jié)構(gòu)特性和工作原理。結(jié)果表明，模塊化多電平DC-DC變換器在移相調(diào)制中能夠降低電壓，提高頻率。

　　關(guān)鍵詞：電力論文發(fā)表網(wǎng),多電平,超級(jí)電容器,直流變換器

　　一、緒論

　　超級(jí)電容器與蓄電池的并聯(lián)方式一般可概括為直接并聯(lián)，通過電感器并聯(lián)和通過功率變換器并聯(lián)。通過功率變換器并聯(lián)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能量的控制，在工 作過程中，由超級(jí)電容器組向脈動(dòng)負(fù)載提供瞬時(shí)功率，而蓄電池通過功率變換器以恒流輸出方式工作。超級(jí)電容器的電介質(zhì)耐壓很低，制成的電容器一般耐壓僅有幾 伏。為了滿足牽引設(shè)備中高電壓需求，需要將大量超級(jí)電容和蓄電池單體串聯(lián)。為了轉(zhuǎn)換高低電壓，使用級(jí)聯(lián)多電平變換器。

　　二、級(jí)聯(lián)式模塊化多電平變換器

　　再生裝置通過雙向DC-DC變換器將能量儲(chǔ)存在超級(jí)電容器中。本文所提及的變換器都是基于圖1(a)所示的半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　(a) (b)

　　圖1　半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和典型電流紋波

　　1.半橋變換器

　　圖1(a)為半橋變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它由兩個(gè)晶閘管配對(duì)二極管并聯(lián)組成。變換器兩端電壓U1和U2由電感L連接。半橋變換器的電壓不可變，但是電流是雙向的。

　　當(dāng)變換器工作在連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，兩端的電壓和電流關(guān)系如下

　　(3)

　　圖1(b)為電壓為U1時(shí)的電流波紋。

　　當(dāng)超級(jí)電容器接在高壓側(cè)時(shí)，變換器工作在降壓模式，將超級(jí)電容器電壓降低到與直流總線相同;當(dāng)接在低壓側(cè)時(shí)，工作在升壓模式，將超級(jí)電容器電壓 提升至總線電壓。級(jí)聯(lián)模塊化多電平DC-DC變換器由多個(gè)小的變換器模塊或單元組成，輸入輸出電壓、電流和開關(guān)頻率有多個(gè)級(jí)別。基于這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不會(huì) 出現(xiàn)超級(jí)電容過熱的現(xiàn)象。

　　2.模塊化多電平DC-DC變換器(MMC)

　　模塊化多電平DC-DC變換器結(jié)構(gòu)如圖2。變換器由多個(gè)半橋結(jié)構(gòu)串聯(lián)。整個(gè)變換器只有一個(gè)電感。由于MMC結(jié)構(gòu)的模塊化，該結(jié)構(gòu)主要用在高壓直流系統(tǒng)。

　　圖2　三模塊MMC直流變換器結(jié)構(gòu)

　　筆者使用的模塊化多電平DC-DC變換器中，超級(jí)電容器接在高壓側(cè)，輸出電壓U2由每個(gè)半橋結(jié)構(gòu)的輸出電壓UAN累加而得。每個(gè)半橋結(jié)構(gòu)的電壓 等級(jí)為USCN=USC/N。這種變換器有很多種控制策略。[3]本文中，使用移相控制法。這種控制方法是三角PWM波作為載波，每個(gè)半橋向后移相 3600/N.電感中的頻率為半橋開關(guān)頻率的N倍,

　　電感兩端電壓僅為USCN.

　　由于這是降壓模式的變換器，當(dāng)超級(jí)電容器完全充電時(shí)，USCN=2UDC/N。因此，電感值為

　　(4)

　　可知，電感值取決于串聯(lián)的半橋個(gè)數(shù)和結(jié)構(gòu)。

　　三、結(jié)語

　　模塊化多電平變換器(MMC)可以降低超級(jí)電容器組端電壓，由于其多電平結(jié)構(gòu)，有效解決了高電壓與開關(guān)器件功率限制之間的矛盾，還可以看出由于 多模塊化的設(shè)計(jì)，使得電感中頻率變?yōu)樵瓉淼腘倍，這樣儲(chǔ)能電感的體積和重量要比相同功率等級(jí)下單個(gè)半橋式雙向變換器低體積和重量小得多。

　　隨著新能源新技術(shù)的發(fā)展，這種結(jié)構(gòu)不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能裝置的能量管理，還可以通過一定的控制策略達(dá)到平衡儲(chǔ)能裝置電壓等作用，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[2] [2]劉恒門,査曉明,孫建軍,等.模塊化多電平換流器的技術(shù)研究綜述[J].變頻器世界,2013,12(3):43-47.