基于单周期控制的风光互补双输入Buck-Boost直流变换器的研究

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风光互补联合供电系统对社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。采用双输入直流变换器的风光互补联合供电系统具有电路结构简单,系统成本低的优点。两路输入源可以分别或同时向负载供电,大大提高了系统稳定性和灵活性,实现能源的综合利用。因此对应用于风光互补联合供电系统中双输入直流变换器的研究具有重要的理论意义和实用价值。   本文首先介绍太阳能电池和风力机的工作特性,建立太阳能电池和风力机数学模型,基于MATLAB/SIMULINK进行仿真研究,仿真结果表明太阳能电池和风力机的输出特性具有较强的非线性。   其次,提出一种新型双输入Buck-Boost直流变换器拓扑结构,详细分析该变换器的工作原理,推导稳态输入/输出关系。基于能量管理要求,分析该拓扑的工作模式,并将线性载波调制技术应用于该拓扑中,揭示出双输入Buck-Boost直流变换器采用线性载波调制存在输入电流环和输出电压环耦合的现象,不易于闭环系统的设计。通过仿真验证所提出的拓扑结构的正确性。   然后,将单周期控制技术应用于双输入Buck-Boost直流变换器中,给出各种工作模式下单周期控制的原理,提出模式切换的方法,完成系统闭环设计。对单周期控制方法的可行性和闭环设计的合理性进行了仿真验证。仿真结果表明:采用单周期控制技术,可以解除多个环路之间的耦合,且不需要电流调节器;可以消除输入源和负载扰动;可以保证输出电压稳定的前提下合理分配两路输入源的输入功率。   最后,为进一步验证所提出的拓扑结构和控制方法的正确性,以型号为DT150-R的太阳能电池和型号为JFVC-300W的风力发电机为应用对象,完成主电路参数设计和功率器件的选取,对控制电路进行设计。最后给出了系统整体实验框图,为下一步的实验验证做好了准备。
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