广西师范大学学报（自然科学版） ›› 2021, Vol. 39 ›› Issue (3): 11-19.doi: 10.16088/j.issn.1001-6600.2020053101

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应用于超级电容储能的开关准Z源双向DC/DC变换器研究

戴云飞, 祝龙记*   

  1. 安徽理工大学 电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
  • 收稿日期:2020-05-31 修回日期:2020-07-02 发布日期:2021-05-13
  • 通讯作者: 祝龙记(1964—),男,安徽安庆人,安徽理工大学教授,博士。E-mail: ljzhu@aust.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(U1610120)

Research on Switch Quasi-Z Source Bidirectional DC/DC Converter Applied to Super Capacitor Energy Storage

DAI Yunfei, ZHU Longji*   

  1. School of Electrical and Information Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China
  • Received:2020-05-31 Revised:2020-07-02 Published:2021-05-13

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543

摘要： 为了解决超级电容储能系统中超级电容升降压变换比较低以及输出电压波动较大的问题,同时在升压时提高充电速度,本文提出一种新颖的开关准Z源双向DC/DC变换器。该变换器添加了2个开关电容,升压过程中电压增益提升1/4,降压过程中降压系数减小1/5,并使开关管的电压应力降低1/5。论述了超级电容升压放电模式以及充电降压模式的工作过程,并设计了电压/电流双闭环升压控制策略,使输出电压波动小于0.98%,电感电流幅度减小0.82 A。同时设计恒电流转恒电压降压控制策略,提升9.26%充电速率。MATLAB仿真证明了所提变换器的特性和理论分析。

关键词: 超级电容, 储能系统, 双向DC/DC变换器, 宽电压增益范围, 控制策略

Abstract: In order to solve the problems of low buck-boost conversion of super capacitor and large output voltage fluctuation in super capacitor energy storage system and increase the charging speed when boosting, a novel switching quasi-Z source bidirectional DC/DC converter is proposed. The converter adds two switch capacitors, which increases the voltage gain by 1/4 during the boost process, reduces the voltage drop coefficient by 1/5 during the step-down process, and reduces the voltage stress of the switch by 1/5. This paper introduces the working process of the super capcitor in the mode of step-up discharge and charging, and designs the voltage/current double closed-loop step-up control strategy. As a result, the output voltage fluctuation is less than 0.98% and the inductor current amplitude is reduced by 0.82 A. At the same time, the constant current to constant voltage step-down control strategy is designed, which increases the charging rate by 9.26%. MATLAB simulation is used to prove the characteristics and theoretical analysis of the proposed converter.

Key words: super capacitor, energy storage system, bidirectional DC/DC converter, wide voltage gain range, control strategy

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