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船用燃料电池直流变换器及最大功率跟踪控制研究
| 论文题名： | 船用燃料电池直流变换器及最大功率跟踪控制研究 |
| 关键词： | 船用燃料电池;直流变换器;最大功率跟踪;双电流闭环控制 |
| 摘要： | 随着燃料电池在船舶中的应用日益广泛，船舶电力系统中燃料电池的电能变换环节愈发重要，提高电能变换性能的研究具有重要的科研与工程应用价值。本文考虑燃料电池电能变换时的最大功率跟踪控制需求，研制了浮地式交错Boost变换器并提出基于滑模的最大功率跟踪控制，改善了传统Boost变换器的低升压比和高输入电流纹波问题，提升了负载扰动下最大功率输出的快速性和稳定性。主要研究工作如下： 论文首先对船舶燃料电池发电系统及其中的直流变换器的研究背景及意义、研究现状与控制策略进行综述。随后对燃料电池进行建模，针对传统Boost变换器升压能力有限且输入电流纹波较高等不适用于燃料电池的情况，设计浮地式交错Boost变换器，对其进行建模并分析其升压能力、纹波水平、器件应力，并据此设计变换器参数，以满足燃料电池电能变换需求。在此基础上，设计浮地式交错Boost变换器双电流闭环控制，并设计扰动观察法最大功率跟踪控制器，进行燃料电池最大功率跟踪控制，考量其在工作环境变化时的跟踪速度和最大功率点稳定情况。针对扰动观察法在跟踪性能与精度上存在的矛盾，设计基于滑模的最大功率跟踪控制策略并进行仿真验证，结果显示，该算法能够实现燃料电池工作温度、燃料供应水平、负载等变化时更快的跟踪速度和更稳定的功率输出。接着，研制一套由主电路、采样电路、控制电路、辅助电源电路等组成的浮地式交错Boost变换器装置，并对其软、硬件进行设计，以验证该变换器在对燃料电池进行电能变换时的效果。 最后，搭建包含燃料电池发电单元、直流变换器、负载的船舶燃料电池发电系统实验测试平台。实验结果表明，该变换器电压增益达10至20倍、输入电流纹波低于2%，满足燃料电池电能变换要求；本文所设计的扰动观察法最大功率跟踪控制策略能够控制浮地式交错Boost变换器快速跟踪燃料电池最大输出功率，且能够稳定、高效地应对电源和负载变化，提高燃料电池全寿命范围内的使用效能。 |
| 作者： | 牛京威 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 刘彦呈;赵友涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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