应用于光伏发电系统的新型ZVT高增益DC/DC变换器

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自第一次工业革命以来,人类社会的能源结构开始从生物质能逐渐的转向矿物质能源。然而由于社会的跨步式发展,使得矿物质能源急剧消耗,其带来的后果就是能源危机愈来愈严重。因此可再生的绿色新能源的开发利用愈来愈受青睐,人类社会逐渐开始向新能源时期过渡。世界各国也加大了对新能源的开发力度,而太阳能作为一种来源广、安全性高、无污染的绿色能源更是受到较多的应用和发展。然而太阳能光伏发电由于技术和材质的限制,通常只有20-50V的电压输出且不稳定,无法应用于大多数电压等级高的应用场合。所以设计具有较高升压能力的直流变换器对太阳能光伏发电系统是十分必要的。同时考虑到发电成本和发电效率,要求变换器不仅要具备较强的高升压能力还应具备较高的工作效率,在现有方案的基础上,本文将VMC(Voltage Multiplier Cell)倍压单元和无源软开关技术相结合提出了一种新型ZVT(Zero Voltage Turn-off,零电压关断)高增益DC/DC变换器。论文主要内容如下:  首先,简要概述光伏发电的发展现状并分析高增益高效率直流变换器对其的重要性。对现有现有高增益DC/DC变换器方案做简要描述,分别对比分析了隔离性和非隔离型方案所存在的优势和不足;另外也对比分析了现有有源型和无源型高效率DC/DC变换器方案的特点。  其次,通过采用无源软开关技术提出一种ZVT(零电压关断)高升压DC/DC变换器,并且将其与无软开关时进行了详细的对比分析,同时推导出变换器的性能参数并进行仿真验证。在所提电路的结构基础上,可对其做增加VMC单元处理进行一般化有益拓展。  然后,先根据开关工作状态列出状态方程,再将VMC中的电容用理想电压源代替并建立等效小信号模型,在其基础上设计所提变换器的闭环控制系统,并使用PSIM软件分别对常用的单电压环控制和电压电流双环控制进行计算机仿真实验。  最后,优化设计了所提变换器的实验参数,搭建实验样机进行实验验证。较为详细的介绍了其设计过程,对变换器有无软开关时的开关实验波形进行对比分析,并验证闭环控制系统的动态性能,同时对比了两者不同输出功率下的变换器工作效率,最后对其进行元器件损耗的详细计算与对比,验证本文所提电路的优越性与实用性。
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