基于DAB变换器的舰船中压直流混合储能系统端电压限制

3.0 闻远设计 2025-03-22 67 4 12.99KB 2 页 5光币

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基于 DAB 变换器的舰船中压直流混合储能系统

端电压限制

　　 0　　引言

　　 �S着舰船综合电力系统（integrated　power　system，IPS）的不断发展，中压直流

（medium　voltage　direct　current，MVDC）配电方式以其灵活高效的特点受到广泛关注，相比中

压交流（medium　voltage　alternating　current，MVAC）配电方式更具优势[1-2]。近年来提出的新

型MVDC 环网模型[3]可以极大地提高 MVDC 系统的供电效率和可靠性。MVDC 电力系统主要

包括发电系统、配电系统、混合储能系统、常规负载和脉冲负载等。

　　高功率脉冲负载的上舰应用给MVDC 的稳定性带来新的挑战。文献[4-5]详细探讨了舰船

脉冲负载的工作特点，并列举了几种典型舰船脉冲负载，如电磁弹射装置、电磁轨道炮、脉冲

雷达等。由于发电机无法在短时间内对大功率作出动态响应，所以有必要引入混合储能系统，

由高功率密度的超级电容响应暂态过程，高能量密度的锂电池响应稳态过程，充分发挥它们的

互补优势[6]。

　　储能系统与直流电网之间能量流通的关键是双向 DC-DC 变换器。随着舰船装备容量和电

压等级的提升，传统双向 DC-DC 变换器已难以满足配电需求。双有源桥（dual　active　

bridge，DAB）变换器以其电气隔离、电压变比灵活、双向传输、易实现软开关、功率密度

高、模块化结构等优点，被广泛应用于航空电源、电动汽车、分布式发电领域，在舰船 MVDC

电力系统中也受到重点关注[7-11]。

　　目前，针对 DAB 变换器的研究大多集中于拓扑层面，主要有两个方向：一是采用改进的

拓扑结构和软开关策略，但会损失 DAB 变换器的对称性[12];二是改进控制方法，通过多自由

度移相控制算法来改善 DAB 变换器的环流特性，减小电流应力，提高功率传输能力[13]。然

而，对 DAB 变换器系统控制层面的研究较少。文献[14]探讨了 DAB 变换器的大、小信号建

模，但未进行闭环补偿设计;文献[15]提出了 DAB 变换器直接功率控制策略，具有优越的动态

响应效果，但未结合具体应用场景进行讨论;文献[16]探讨了一种应用于交流电网的储能系统，

采用了基于 DAB 变换器的 AC-DC-DC 双向变换器，以保证DAB 变换器电压变比匹配。直流电

网中基于 DAB 变换器的储能系统研究，大多未关注 DAB 变换器的实际工作特性，有些采用了

简化模型，但与实际情况存在较大偏差。文献[11]将DAB 变换器作为电力电子配电变压器应用

于船舶MVDC 系统中，并给出了详细的控制策略，但未结合储能系统进行讨论。文献[17]研究

了基于 DAB 变换器的储能系统在脉冲负载工况下的能量管理，采用超级电容平复母线波动，

但未结合 DAB 变换器的实际工作特性;文献[18]提出了一种基于 DAB 变换器的具有高度电压变

比灵活性的混合储能系统，采用传统功率分配策略来应对分布式发电中负载功率突升突降，但

　　　未涉及储能系统端电压变化的讨论。在混合储能系统中，锂电池与超级电容端电压随荷电

状态的变化存在巨大差异[19-20]，锂电池具有充放电线性平台，端电压相对稳定，而超级电容

不具有线性平台，端电压变化范围宽，对系统影响较大。

　　本文以基于 DAB�换器的舰船 MVDC 混合储能系统端电压为优化目标，分析DAB 变换器

的工作特性以及闭环控制，针对超级电容端电压变化范围宽和在脉冲负载工况下传统功率分配

策略属于开环分配的缺点，引入混合储能系统功率比 h，建立锂电池与超级电容功率传输之间

的联系，提出一种新型动态补偿功率分配策略。采用直接功率控制进行仿真，仿真结果表明该

策略不仅能平复脉冲负载投切对系统的冲击，还能实现闭环功率分配，主动限制超级电容端电

压。

　　 5　　结论

　　对基于 DAB 变换器的舰船中压直流（MVDC）混合储能系统端电压限制进行了研究，根

据锂电池和超级电容的充放电特性，结合 DAB 变换器的工作特点，引入混合储能系统功率

比，建立了锂电池与超级电容传输功率之间的联系，进而提出一种新型动态补偿功率分配策

略。对混合储能系统和补偿曲线进行了参数设计，采用直接功率闭环控制，仿真验证了新型策

略的有效性。仿真结果表明，新型动态功率分配策略不仅能有效平复脉冲负载投切对直流母线

的冲击，还能实现闭环功率分配，改善传统功率分配开环运行的缺点，对超级电容端电压进行

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摘要：

基于DAB变换器的舰船中压直流混合储能系统端电压限制　　0　　引言　　�S着舰船综合电力系统（integrated　power　system，IPS）的不断发展，中压直流（medium　voltage　direct　current，MVDC）配电方式以其灵活高效的特点受到广泛关注，相比中压交流（medium　voltage　alternating　current，MVAC）配电方式更具优势[1-2]。近年来提出的新型MVDC环网模型[3]可以极大地提高MVDC系统的供电效率和可靠性。MVDC电力系统主要包括发电系统、配电系统、混合储能系统、常规负载和脉冲负载等。　　高功率脉冲负载的上舰应用给M...

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