光伏电站IPOS变换器建模仿真与控制策略研究

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1、光伏电站IPOS变换器建模仿真与控制策略研究Modeling,SimulationandControlStrategyofIPOSConverterforPhotovoltaicPowerStation学科专业：电气工程作者姓名：王殿蒙指导教师：车延博天津大学电气自动化与信息工程学院2017年11月摘要光伏直流升压变换器作为大型光伏电站直流升压汇集接入系统中的关键电力电子设备。其作用是将光伏电站发出的低压直流电升压到较高的电压等级以便于后续的直流输电。本文以基于Boost的全桥隔离式变换器(BFBIC)作为基本模

2、块，通过多个基本模块的输入并联输出串联（IPOS）的连接方式来实现大功率、高变比的性能。论文具体工作如下：（1）分析了BFBIC的基本电路原理及其开关模态，考虑到实际的变压器存在漏感，添加有源钳位电路来抑制功率开关管关断过程中产生的电压尖峰。简单概述了IPOS变换器的工作原理，基于能量守恒原理得到其输入电流均衡和输出电压均衡之间的等效关系。（2）介绍了等效受控源法的具体建模过程，并建立了BFBIC的小信号模型。基于此，进一步求出IPOS变换器的小信号模型及相关的传递函数。通过小信号模型可以分析变换器的稳定性、抗干

3、扰性等性能。（3）光伏直流升压变换器存在两种运行模式：最大功率模式和限功率模式。在最大功率模式下，结合电导增量法和双闭环的控制策略实现最大功率跟踪的功能，并添加输出电压补偿环节来保证内部模块间输出电压的均衡控制；在限功率模式下，采用输出电压外环和输入电流内环的双闭环控制策略实现对直流母线电压的精确控制，并通过合理地设计均压环实现内部模块间输出电压的均衡控制。此外，通过监测直流母线电压实现两种运行模式的自动切换。（4）在Matlab/simulink中搭建了额定容量为50kW的基本模块和IPOS变换器（含四个基本模

4、块）的详细仿真模型，仿真结果验证了参数选取的合理性以及控制策略的有效性。针对多个（n≥4）模块的IPOS变换器的详细仿真模型造成仿真速度慢的问题，给出了BFBIC的简化平均值模型。论文围绕大型光伏电站直流升压变换器展开研究，研究成果对于大型光伏电站直流升压汇集接入电网具有积极的参考价值。关键词：光伏电站，IPOS变换器，有源钳位，均压控制IABSTRACTPhotovoltaicDC/DCconverteristhekeypowerelectricequipmentinlarge-scalephotovoltai

5、cpowerstationintegrationsystem,whosefunctionistostepupthelow-voltagedcgeneratedbyPVtoahigh-voltagedcforhighvoltagedirectionalcurrent.Inthispaper,basedonboostfull-bridgeisolationconverter(BFBIC),inputparalleloutputseries(IPOS)converterisusedtoachievetheperform

6、anceoflargepowerandhighratio.Thedetailedworkofthispaperisasfollows:1)TheprincipleandworkingmodesofBFBICareanalyzed.Consideringoftheleakageinductanceoftransformer,anactiveclampcircuitisaddedtosuppressthevoltagespikeonpowerswitchtubes.Then,theprincipleofIPOScon

7、verterisanalyzedandtheequivalentrelationofinputsharingcurrentandoutputsharingvoltageisderivedbytheenergyconservationtheory.2)IntroducethespecificmodelingprocessofequivalentcontrolledsourcemethodandestablishthesmallsignalmodeofBFBIC.Basedonthismodel,thesmallsi

8、gnalmodeofIPOSconverterisderived.Accordingtothesmallsignalmodel,thestabilityandanti-interferenceoftheconvertercanbeanalyzed.3)TheDC/DCconverterexists:maximumpowermodeandlimitedpowermode.I