【摘要】：隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生資源的過度消耗以及環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)重,研究可再生的、環(huán)保的新型能源迫在眉睫。光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等新型能源得到了很好的發(fā)展,其中太陽能電源及燃料電池等新能源組成的微網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。在這些系統(tǒng)中,需要DC-DC變換器實(shí)現(xiàn)不同電壓轉(zhuǎn)換,而且對DC-DC變換器的輸入電壓范圍和質(zhì)量提出了更高的要求,如何提高輸出電壓與輸入電壓之比及優(yōu)化控制方法具有重要研究意義。為了提高傳統(tǒng)Boost變換器輸出電壓與輸入電壓之比、減小開關(guān)器件電壓應(yīng)力和電感電流紋波,設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)型LCL交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器升壓裝置。把開關(guān)電感單元的二極管換成電容,得到新型LCL單元,該單元使升壓效果更好,對LCL單元的電感進(jìn)行耦合集成。通過對變換器的工作原理和性能分析,該升壓裝置提高了輸出電壓與輸入電壓之比,D0.5時(shí)提高最大,是傳統(tǒng)Boost變換器的4倍;耦合集成電感使電流紋波減小53.13%;開關(guān)管電壓應(yīng)力減小,D0.5時(shí)減小最大,是輸出電壓的一半。同時(shí)研究了變換器的故障檢測,討論了MOSFET管和二極管開路、短路對變換器的影響,對系統(tǒng)性能測試做了總結(jié)。為了更好地改善輸出電能品質(zhì),文中選用模型預(yù)測控制方法。分別列寫出變換器在D0.5、D0.5時(shí)及不考慮電感等效串聯(lián)電阻和考慮電感等效串聯(lián)電阻的狀態(tài)方程,建立了以輸出電壓V_R和電感電流i_L的預(yù)測模型,進(jìn)而預(yù)測該升壓裝置在不同工作模態(tài)下的下一采樣時(shí)刻的V_R和i_L。在Matlab Simulink仿真環(huán)境下對其進(jìn)行仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明能準(zhǔn)確預(yù)測下一采樣時(shí)刻的V_R和i_L。最后設(shè)計(jì)了一臺100W改進(jìn)型LCL交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器升壓裝置,驗(yàn)證了理論分析的正確性。
【學(xué)位授予單位】：遼寧工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM46
【圖文】：

緒論1 課題研究背景隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生資源的過度消耗以及環(huán)境污染等問題的日重，研究可再生的、環(huán)保的新型能源迫在眉睫[1-3]。風(fēng)能發(fā)電、地?zé)�、光伏發(fā)電發(fā)電、核能等新型能源得到空前發(fā)展，燃料電池近年來的發(fā)展越來越受到人們注。由太陽能電源及燃料電池等新能源組成的微網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)得到了很大[4-5]，微網(wǎng)系統(tǒng)如圖 1.1 所示，其工作原理是由光伏組件和蓄電池組發(fā)電，產(chǎn)生流電壓通過升壓裝置提高輸出電壓 V0，再通過 DC/AC 直流轉(zhuǎn)交流，由配電網(wǎng)系統(tǒng)輸送到用電客戶中。在這些微網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)中，每種能源形式均需要 DC-DC 變換器實(shí)現(xiàn)不同電壓轉(zhuǎn)換要求，微網(wǎng)系統(tǒng)對 DC-DC 變換器的輸入電壓做了更加嚴(yán)格的要求，如何提高輸出電壓與輸入電壓之比即實(shí)現(xiàn)高增益升壓變微網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)主要解決的難點(diǎn)之一[6-10]。

1.2 高增益 Boost 變換器Boost變換器的首要功能是提高輸出電壓，以適應(yīng)于由光伏發(fā)電、燃料電池組成的微網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)對輸出電壓更高的要求。傳統(tǒng)Boost變換器如圖1.2所示，輸出電壓與輸入電壓之比為1/（1-D），理論上調(diào)節(jié)D可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓V0的增加，但是在實(shí)際中電感電阻等因素會對其產(chǎn)生影響（本文在第三章2.1節(jié)有分析電感電阻對電壓的影響），D越大反而會降低電壓輸入輸出之比，達(dá)不到設(shè)想的效果。所以要提高輸出電壓與輸入電壓之比，不能單純的改變D，須對變換器結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)升級。提高電壓比值的方式有：加入開關(guān)電容、開關(guān)電感等儲能單元

電壓的影響），D越大反而會降低電壓輸入輸出之比，達(dá)不到設(shè)想的效果。所以要提高輸出電壓與輸入電壓之比，不能單純的改變D，須對變換器結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)升級。提高電壓比值的方式有：加入開關(guān)電容、開關(guān)電感等儲能單元，其結(jié)構(gòu)如圖1.3所示；增加輸入電路路數(shù)；或者通過級聯(lián)升壓變換器也可以提高增益。加入開關(guān)電容，既提高了輸出電壓與輸入電壓之比，又分擔(dān)了開關(guān)管的電壓應(yīng)力使其小于輸出端電壓。文獻(xiàn)[15]將開關(guān)電容應(yīng)用到Interlaced Boost converter中，交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)減小輸入電流，開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)作為升壓單元提高輸出電壓與輸入電壓之比，又分擔(dān)開關(guān)管電壓應(yīng)力使其減小。文獻(xiàn)[16]較文獻(xiàn)[15]做了進(jìn)一步改進(jìn)，把開關(guān)電容和二級管進(jìn)行組合構(gòu)成開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了更高的電壓輸出與輸入之比。文獻(xiàn)[17]在傳統(tǒng)Interlaced Boost converter中加入DCM倍壓單元，隨著DCM單元個(gè)數(shù)的增加

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2795511