应用于模块化光伏直流并网系统的三端口DC/DC变换器研究

摘要

随着人类社会对能源需求的增长和传统化石能源的枯竭，作为新能源的主要形式之一，光伏发电得到了广泛的关注和发展。多电平、易拓展的模块化光伏并网系统可以同时实现分布式发电和独立的最大功率点追踪，是理想的大规模光伏发电系统形式。本文将高效率的三端口交错并联Boost LLC谐振变换器作为模块化光伏直流并网系统的基本变换器单元，将变换器的双向端口通过一条低压直流母线相连，以解决系统中各模块输出功率不均衡及电压振荡的问题。 首先，分析了三端口交错并联Boost LLC谐振变换器的工作原理，列出了主要电压和电流参数的时域表达式，在此基础上推导了变换器的增益特性。分析了变换器中半导体器件实现软开关的理论约束条件，并推导了实际中的软开关工作范围。将变换器的交错并联Boost结构与普通Boost变换器对比，研究了变换器输入电流的纹波特性。 其次，介绍了基于三端口DC/DC变换器的模块化光伏直流并网系统，并分析了该系统的工作原理，阐述了单个模块接入和退出系统的方法。将三端口交错并联Boost LLC谐振变换器作为系统的基本变换器单元，研究了系统在MPPT运行模式和恒功率运行模式下的控制策略。分析了系统所用控制策略的输出端口均压误差。 再次，结合三端口交错并联Boost LLC谐振变换器的特性，给出了变换器的器件参数设计流程，并根据流程设计了变换器各个器件的参数。给出了变换器中半导体器件、磁性元件和电容的损耗计算方法并建立了主要器件的损耗模型，为变换器的优化设计奠定了基础。 最后，搭建了基于三端口交错并联Boost LLC谐振变换器的模块化光伏直流并网系统仿真和实验平台。通过仿真和实验验证了交错并联Boost LLC谐振变换器的工作原理和特性，也验证了模块化光伏直流并网系统及其均压控制策略的合理性与有效性。

目录

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2模块化光伏并网系统研究现状

1.2.1 模块化光伏交流并网系统研究现状

1.2.2 模块化光伏直流并网系统研究现状

1.3隔离型DC/DC变换器研究现状

1.3.1 隔离型二端口DC/DC变换器研究现状

1.3.2 隔离型三端口DC/DC变换器研究现状

1.4 本文研究的主要内容

2 三端口IB-LLC谐振变换器工作原理及特性分析

2.1 三端口 IB-LLC 谐振变换器工作原理分析

2.2三端口IB-LLC谐振变换器增益特性分析

2.3 三端口 IB-LLC 谐振变换器软开关特性分析

2.3.1 功率MOSFET理论软开关分析

2.3.2 功率MOSFET实际软开关分析

2.4三端口IB-LLC谐振变换器纹波电流特性分析

2.5本章小结

3 基于三端口IB-LLC谐振变换器的模块化光伏直流并网系统

3.1 基于三端口 DC/DC 变换器的模块化光伏直流并网系统结构及工作原理分析(ArchitectureandOperation PrinciplesAnalysisof Modular DC Grid-connected PVSystemBased on Three-portDC/DC Converters)

3.1.1 系统工作原理与特性分析

3.1.2 系统特殊情况运行分析

3.2 基于三端口 IB-LLC谐振变换器的模块化光伏直流并网系统控制策略(ControlStrategyofModular DC Grid-connected PV System Based on Three-port IB-LLC ResonantConverters)

3.2.1 系统结构与运行模式分析

3.2.2 系统MPPT运行模式控制策略

3.2.3 系统恒功率运行模式控制策略

3.2.4 系统启动控制策略

3.3系统输出端口均压误差分析

3.4本章小结

4 三端口IB-LLC谐振变换器参数设计与效率分析

4.1三端口IB-LLC谐振变换器参数设计

4.2三端口IB-LLC谐振变换器效率分析

4.2.1 变换器半导体器件损耗分析

4.2.2 变换器磁性元件损耗分析

4.2.3 变换器电容损耗分析

4.3本章小结

5 仿真和实验验证

5.1 仿真验证

5.1.1 三端口IB-LLC谐振变换器仿真

5.1.2 模块化光伏直流并网系统仿真

5.2 实验验证

5.2.1试验样机与系统介绍

5.2.2 三端口IB-LLC谐振变换器试验

5.2.3 模块化光伏直流并网系统试验

5.3本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

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