燃料电池发电系统中新型直流变换器的研究

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1、第33卷第7期可再生能源Vol.33No.72015年7月RenewableEnergyResourcesJul.2015燃料电池发电系统中新型直流变换器的研究112131李清，张彼德，郭筱瑛，刘威，罗谦，曹太强（1.西华大学电气与电子信息学院，四川成都610039；2.攀枝花学院电气信息工程学院，四川攀枝花617000；3.民航总局第二研究所，四川成都610041）摘要：针对燃料电池输出端电压低且变化范围宽，需较高的直流电压增益才能实现并网发电的特点，文章研究了一种基于交错控制和平均电流控制的新型高增益直流变换器，该变换器不仅具有较高的电压增益、合适的占空比、

2、脉动较小的输入输出电流纹波，开关管承受的电压电流应力远远低于传统的二次型Boost变换器，而且控制电路简单等特点。文章详细分析了该变换器的工作原理、稳态性能，并对其进行了小信号的建模分析，通过仿真验证了所研究的拓扑电路和控制方法的可行性。关键词：新型高增益直流变换器；交错控制；平均电流控制；二次型Boost变换器中图分类号：TK6；M921文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）07-1078-08DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.07.0190前言损耗，给系统的安全可靠运行及成本的降低带来[4]近年来，世界各

3、地不断发生大停电事故，不仅不利的影响。造成了较大的国民经济损失，而且严重影响了人文献[5]，[6]提出使用集成开关技术的单开关类的生活水平和质量。同时在能源保护和环境保管二次型Boost变换器，与级联的Boost变换器相护的双重压力下，世界各国开始关注环保、高效和比，提高了工作效率，但是变换器中所有的功率器[1]灵活的发电方式———分布式发电。太阳能、风件均承受较高的电压和电流应力，并且由于电路能、燃料电池等可再生、清洁能源受到了社会的广寄生因素的存在，不能达到更高的整体效率。文献泛关注，其中，燃料电池因其具有燃料来源广、效[7]提出了改进型的电压举升二次型Bo

4、ost变换率高（热电联产的效率高达80%）、功率密度大、器，虽然该变换器具有较高的电压增益且开关管模块化、污染小、稳定性高、输出功率不受环境影承受的电压应力为输出电压的一半，但是较大的[2]响等优点成为分布式发电的优先选择。由于单输入电流纹波以及较高的开关管电流应力，在一体燃料电池输出电压较低，且随负载的变化呈现定程度上影响了燃料电池和开关管的使用寿命。较大范围的变化，通常需要具有较高增益、合适占文献[3]，[8]研究了适于微网的输入并联输出串联空比的直流变换器作为接口电路，将较低等级的反激式变换器，虽然在获得较高电压增益的同时，直流电压（30~48V）转换成较

5、高等级的母线直流大大减小了输入输出电流的纹波，但是在获得10电压（360~400V或760~800V）供给DC/AC逆变倍以上的电压增益时，开关管承受的电压应力仍[3]器，以满足用电设备或并网发电的要求。另外，旧很高，而且过大的匝比会影响变压器的线性度，在燃料电池供电系统中，由于变换器的电压增益同时需要隔离采样、驱动，实现成本较高，仅适用[9]较高，带来较高的输入电流，由此需要尽量减小输于小功率场合。文献[10]提出了Boost变换器与入电流的纹波并选择低导通电阻的低压开关管，反激式变换器或耦合电感相结合的组合式直流变否则将会影响电池的寿命并引起较高的开关通态换

6、器，该类型的变换器虽然能够实现较高的电压收稿日期：2014-12-03。基金项目：西华大学研究生创新基金项目（YCJJ2015095）；四川省教育厅重点项目（13ZA0023）；四川省高校重点实验室（2013TYNZ-02）；攀枝花市太阳能光伏离/并网智能化控制逆变一体集成应用项目（2014CY-S-1-2）；分布式光伏多逆变器并网控制研究项目（2014YB11）；攀枝花市科技计划项目（2015CY-C-5）；四川省电力电子节能技术与装备重点实验室（szjj2015-066）；西华大学流体及动力机械省部共建教育部重点实验室资助（SBZDPY-11-14，13）。

7、作者简介：李清（1989-），女，硕士研究生，研究方向为新能源发电技术。E-mail：l_qfight2013@163.com·1078·李清，等燃料电池发电系统中新型直流变换器的研究增益和较低的开关电压应力，但是输入输出电流CCM模式下工作，主开关管S1，S2采用移相控制的纹波较大，且输出侧串联电容之间电压的平衡方式，其驱动信号相差180°相角。为了保证该变问题造成控制回路的设计复杂、成本高、效率低等换器正常工作即输出电容C2正常充放电，必须在缺点。占空比大于0.5的状态下工作，电路的关键工作本文在二次型Boost变换器的基础上，结合波形如图2所示。在一个开关

8、周期内，该电路共有交错控