高压光伏直流汇集中的输入并联输出串联DC/DC变换器的研究

摘要

随着传统能源所带来的污染问题日益严重，寻求一种清洁无污染的绿色能源已成为现阶段的当务之急，光伏发电技术应运而生。光伏发电目前存在的主要问题在于光伏弃电现象严重，电网输出通道能力与光伏电站的发展程度严重不匹配。导致光伏发电站的整体工作效率低下，能源浪费。因此需要通过借鉴柔性直流输电技术，研究基于高压直流输电的大型光伏电站能源外送技术方案，减少损耗，提升光伏发电效率。
　　输入并联输出串联组合变换器适用于输入侧与输出侧电压变比较高的大功率场合，因此可将输入并联输出串联组合变换器应用于光伏发电技术中，对光伏发电板升压汇集输出，提高能源利用率。本文介绍了应用于高压光伏直流汇集中的输入并联输出串联组合变换器，其中的 DC/DC子模块选用双有源桥 DC/DC变换器。
　　本文介绍了子模块双有源桥变换器的拓扑结构，对双有源桥变换器的工作运行原理、软开关实现、传输的有功功率、传输的无功功率等指标做了推导计算。根据推导计算的结果对双有源桥的电路参数进行了设计。随后对影响输入并联输出串联组合变换器输入侧稳压、输出侧均压的各种因素进行了分析讨论。为保证光伏阵列板能始终工作在最大功率点位置，对输入侧稳压进行了PI控制器参数设计；为保证组合变换器的输出侧能够不受子模块参数不一致、外界扰动的影响，对输出稳压控制环进行了控制器参数设计。
　　基于以上理论分析，使用 Matlab/Simulink仿真软件对输入并联输出串联DC/DC组合变换器搭建开环、闭环仿真模型。根据仿真结果验证了对双有源桥DC/DC变换器工作特性的理论推导、实验参数设计的合理性；验证了在输入侧电压波动的情况下，组合变换器的输入侧电压能够在PI控制器的控制下保证在参考值附近。在子模块参数波动的情况下，IPOS-DAB组合变换器输出侧的子模块电压能够实现均分。
　　最后，设计相控板与子模块的硬件电路，搭建两模块的输入并联输出串联组合变换器实验平台，编写基于Verilog语言的开环闭环程序，在实验平台上实现输入并联输出串联DC/DC组合变换器的开环闭环实验，验证理论分析及仿真的正确性。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第2章 双有源桥的运行原理分析与参数设计

2.1双有源桥变换器的运行原理

2.2 IGBT开关管电流应力分析

2.3 无功功率分析

2.4 传输功率分析

2.5单个DAB电路的参数设计

2.6 本章小结

第3章 光伏直流汇集中IPOS-DAB变换器的分析

3.1 IPOS-DAB组合变换器优势

3.2影响IPOS-DAB组合变换器输出均压的因素

3.3输入均压的闭环控制设计

3.4输出稳压闭环控制设计

3.5拓展至多个模块的模块化控制

3.6 本章小结

第4章 仿真模型搭建与验证

4.1 双有源桥变换器的开环仿真

4.2 IPOS-DAB的开环仿真

4.3 IPOS-DAB的闭环仿真

4.4 模块化IPOS-DAB的闭环仿真

4.5 本章小结

第5章 实验研究及结果分析

5.1 实验平台介绍

5.2驱动信号测试

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢