LCL型交错并联Boost变换器的设计及预测控制研究

发布时间：2020-08-17 15:41

【摘要】：随着煤炭、石油、天然气等不可再生资源的过度消耗以及环境污染等问题的日益严重,研究可再生的、环保的新型能源迫在眉睫。光伏发电、风力发电、燃料电池等新型能源得到了很好的发展,其中太阳能电源及燃料电池等新能源组成的微网系统和并网系统得到了广泛应用。在这些系统中,需要DC-DC变换器实现不同电压转换,而且对DC-DC变换器的输入电压范围和质量提出了更高的要求,如何提高输出电压与输入电压之比及优化控制方法具有重要研究意义。为了提高传统Boost变换器输出电压与输入电压之比、减小开关器件电压应力和电感电流纹波,设计了一种改进型LCL交错并联Boost变换器升压装置。把开关电感单元的二极管换成电容,得到新型LCL单元,该单元使升压效果更好,对LCL单元的电感进行耦合集成。通过对变换器的工作原理和性能分析,该升压装置提高了输出电压与输入电压之比,D0.5时提高最大,是传统Boost变换器的4倍;耦合集成电感使电流纹波减小53.13%;开关管电压应力减小,D0.5时减小最大,是输出电压的一半。同时研究了变换器的故障检测,讨论了MOSFET管和二极管开路、短路对变换器的影响,对系统性能测试做了总结。为了更好地改善输出电能品质,文中选用模型预测控制方法。分别列写出变换器在D0.5、D0.5时及不考虑电感等效串联电阻和考虑电感等效串联电阻的状态方程,建立了以输出电压V_R和电感电流i_L的预测模型,进而预测该升压装置在不同工作模态下的下一采样时刻的V_R和i_L。在Matlab Simulink仿真环境下对其进行仿真验证,结果表明能准确预测下一采样时刻的V_R和i_L。最后设计了一台100W改进型LCL交错并联Boost变换器升压装置,验证了理论分析的正确性。
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46
【图文】：

绪论1 课题研究背景随着煤炭、石油、天然气等不可再生资源的过度消耗以及环境污染等问题的日重，研究可再生的、环保的新型能源迫在眉睫[1-3]。风能发电、地热、光伏发电发电、核能等新型能源得到空前发展，燃料电池近年来的发展越来越受到人们注。由太阳能电源及燃料电池等新能源组成的微网系统和并网系统得到了很大[4-5]，微网系统如图 1.1 所示，其工作原理是由光伏组件和蓄电池组发电，产生流电压通过升压装置提高输出电压 V0，再通过 DC/AC 直流转交流，由配电网系统输送到用电客户中。在这些微网系统和并网系统中，每种能源形式均需要 DC-DC 变换器实现不同电压转换要求，微网系统对 DC-DC 变换器的输入电压做了更加严格的要求，如何提高输出电压与输入电压之比即实现高增益升压变微网系统和并网系统主要解决的难点之一[6-10]。

输出电压,电感,变换器,输入电压

1.2 高增益 Boost 变换器Boost变换器的首要功能是提高输出电压，以适应于由光伏发电、燃料电池组成的微网系统和并网系统对输出电压更高的要求。传统Boost变换器如图1.2所示，输出电压与输入电压之比为1/（1-D），理论上调节D可以实现输出电压V0的增加，但是在实际中电感电阻等因素会对其产生影响（本文在第三章2.1节有分析电感电阻对电压的影响），D越大反而会降低电压输入输出之比，达不到设想的效果。所以要提高输出电压与输入电压之比，不能单纯的改变D，须对变换器结构加以改进升级。提高电压比值的方式有：加入开关电容、开关电感等储能单元

储能,单元,开关电容

电压的影响），D越大反而会降低电压输入输出之比，达不到设想的效果。所以要提高输出电压与输入电压之比，不能单纯的改变D，须对变换器结构加以改进升级。提高电压比值的方式有：加入开关电容、开关电感等储能单元，其结构如图1.3所示；增加输入电路路数；或者通过级联升压变换器也可以提高增益。加入开关电容，既提高了输出电压与输入电压之比，又分担了开关管的电压应力使其小于输出端电压。文献[15]将开关电容应用到Interlaced Boost converter中，交错并联技术减小输入电流，开关电容网络作为升压单元提高输出电压与输入电压之比，又分担开关管电压应力使其减小。文献[16]较文献[15]做了进一步改进，把开关电容和二级管进行组合构成开关电容网络，实现了更高的电压输出与输入之比。文献[17]在传统Interlaced Boost converter中加入DCM倍压单元，随着DCM单元个数的增加

【参考文献】