輸出并聯(lián)組合型雙cuk逆變器研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-21 22:21 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 80年代Slobodan Cuk提出的，前面已經(jīng)詳細的介紹了它的工作原理。當該電路的電感電流關(guān)系式連續(xù)并且電路處于穩(wěn)態(tài)時，可以列出該逆變器的一些基本公式及輸入輸出，當開關(guān)S導(dǎo)通時可以得到： （2—5） （2—6） （2—7） （2—8）令，則上述的微分方程可以寫為 （2—9）其中則當開關(guān)S斷開時有 （2—10） （2—11） （2—12） （2—13）上面的微分方程可以寫成，其中又因為 (2—14）由此可以算得根據(jù)小信號狀態(tài)空間平均法中傳遞函數(shù)的計算公式可得由于、的系數(shù)較小，可以忽略不計，那么系統(tǒng)就從四階降到了二階。從而可以按照二階系統(tǒng)進行設(shè)計。 閉環(huán)控制方式本文對該系統(tǒng)采用了兩種閉環(huán)控制方式，分別是電壓瞬時值閉環(huán)控制方式，和電流瞬時值閉環(huán)控制方式。兩種控制方式原理大致相同，所以本文以電壓瞬時值閉環(huán)控制方式為例介紹其原理。采用PI調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)進行閉環(huán)，其閉環(huán)控制框圖如圖（2—6）所示 圖2—6電壓閉環(huán)控制框圖 其中，給定電壓為標準正弦波，與輸出電壓進行比較，得到的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器，進行積分，PI調(diào)節(jié)器輸出的仍然是正弦波與三角波進行比較得到PWM波來進行控制開關(guān)管的通斷，從而得到標準的正弦波輸出，實現(xiàn)了逆變。這就是電壓閉環(huán)控制的大致原理。 并網(wǎng)研究 光伏逆變器并網(wǎng)是太陽能發(fā)電的重要技術(shù)途徑，本文的輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器適合于小功率的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，本節(jié)主要研究它的并網(wǎng)問題。 并網(wǎng)濾波器 逆變器的輸出電流含有一定的諧波成分。為了獲得低畸變率的入網(wǎng)電流，必須設(shè)置濾波器濾除其中的諧波成分。因此，并網(wǎng)濾波器的選擇及設(shè)計對逆變器的并網(wǎng)起著非常重要的作用。并網(wǎng)逆變器的輸出濾波器有三種形式，即L、LC、LCL，其結(jié)構(gòu)如圖（2—7）所示。a)b) c)圖2—7 L、LC與LCL濾波器下面介紹這三種濾波器的特性，由圖（2—7）所示的三種濾波器的形式可以推出并網(wǎng)電壓Ug與入網(wǎng)電流之間的關(guān)系，如下式所示。 （2—15）由上式可以看出，L型濾波器與LC型濾波器的公式一樣，LC型濾波器中的濾波電容只對逆變器的輸出電流有濾波作用，但在并網(wǎng)時對并網(wǎng)電流不起任何作用，所以L型濾波器和LC型濾波器在并網(wǎng)時起的效果是一樣的。而LCL 濾波器相對于L型濾波器就有些復(fù)雜了，并在諧振頻率處存在尖峰，所以本文中采用L型濾波器。而本逆變器中輸出側(cè)電感Lo可以承擔并網(wǎng)濾波器的功能，所以無需外加濾波電感，只要去掉電路中的電容就可以了。 并網(wǎng)控制方式逆變器的并網(wǎng)方式分為電壓型和電流型并網(wǎng)。而市電電網(wǎng)一搬可以看做是容量無窮大的交流電壓源，如果采用電壓型并網(wǎng)方式則相當于兩個電壓源并聯(lián)，容易出現(xiàn)環(huán)流；如果采用電流型并網(wǎng)方式，則只需要控制逆變器輸出電流的相位、頻率與電網(wǎng)電壓的相位、頻率相同即可，控制起來比較容易。所以一般的并網(wǎng)逆變器采用電流型并網(wǎng)方式。前面已經(jīng)詳細的研究了電流瞬時值閉環(huán)控制方式，這里正好可以用到。逆變器的并網(wǎng)控制主要是控制入網(wǎng)電流，其控制框圖如圖（2—8）所示。圖2—8電流并網(wǎng)控制框圖圖中if是入網(wǎng)電流，Iref是給定電流，ug是電網(wǎng)電壓，G1（s)是PI調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)，Kpwm是逆變器的等效環(huán)節(jié)，GF（s)是濾波器環(huán)節(jié)。由上圖得到其傳遞函數(shù)： （2—16） 從上面的式子可以看出入網(wǎng)電流不僅與給定電流有關(guān)，還與電網(wǎng)電壓有關(guān)。而電網(wǎng)電壓在實際中會含有一定的低次諧波成分，入網(wǎng)電流的質(zhì)量會受到影響。因此，采用電網(wǎng)電壓前饋補償?shù)姆椒?，來消除電網(wǎng)電壓的干擾，其原理如圖（2—9）所示。圖2—9電壓前饋校正的電流并網(wǎng)控制框圖 其中G2（s)是加入電壓前饋補償以后電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，KG是前饋環(huán)節(jié)的比例系數(shù)。只要KG=1/Kpwm，則該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 （2—17） 從上面的式子可以看出，電網(wǎng)電壓前饋校正從理論上可以消除電網(wǎng)電壓擾動對入網(wǎng)電流的影響。 總結(jié)本章首先從對Cuk型DC/DC變換器的仿真結(jié)果分析中，得出輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器的拓撲。緊接著介紹了該逆變器的工作原理及控制方式。然后對該逆變器進行了參數(shù)設(shè)計，最后對該逆變器進行了小信號建模，然后進行了閉環(huán)研究。閉環(huán)研究中提出了兩種控制方式，即電壓瞬時值閉環(huán)控制方式，和電流閉環(huán)控制方式。文中著重介紹了壓瞬時值閉環(huán)控制方式的基本原理，其仿真結(jié)果將在第五章詳細介紹分析。緊接著本節(jié)又對該逆變器的并網(wǎng)進行了分析。 第3章 單電源輸入的并聯(lián)型雙Cuk逆變器第二章詳細的介紹了雙電源輸入的并聯(lián)型雙Cuk逆變器的一些工作情況。然而在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，這種雙電源工作方式會使得光伏電池的利用率較低，這是因為在一個電網(wǎng)周期每一個光伏電池只工作半個周期。為此，本章主要研究單電源輸入時的工作情況。 工作原理 單電源輸入的并聯(lián)型雙Cuk逆變器的原理與雙電源輸入的大體相同，其電路圖如圖（3—1）所示。圖3—1單電源輸入的并聯(lián)型雙Cuk逆變器電路圖單電源輸入的輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器工作時同樣分為四個工作模式，當輸出電流小于零時，上面的Cuk電路工作，即Uin、DLSCCCDSDLo組成的Cuk電路工作，此時分為兩個工作模式。模式一：SS3開通，SS4關(guān)斷時，Uin、DLSCCC4組成一個回路，此時電源Uin1和C3給L1充電，L1電流線性上升；CSSLo及負載組成另一個回路。如圖3—2a）所示。模式二：SSS4關(guān)斷而S3開通時，Uin、DLCDCC4組成一個回路；DSLo及負載組成一個回路。如圖3—2b）所示。第3章 單電源輸入的并聯(lián)型雙Cuk逆變器在輸出電流大于零時，也分為兩個工作模式，與模式一和二原理大致相同，這里就不在贅述。只是此時C3兩端電壓上升，C4兩端電壓下降。a)模式一b）模式二圖3—2單電源輸入的并聯(lián)型雙Cuk逆變器的工作模式 仿真研究本節(jié)采用PSIM仿真軟件對單電源輸入的輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器進行仿真，從中分析單電源輸入是該逆變器的工作情況。對該逆變器進行開環(huán)仿真，分壓電容CC4電容值均取為500mF，其他參數(shù)與雙電源輸入時相同。其仿真圖如圖（3—3）所示。圖3—3輸出電壓及分壓電容電壓波形圖3—4輸出電壓FFT分析從仿真圖可以看出，單電源輸入時，輸出電壓有些畸變，%，正弦度不是很好，且正負幅值不相等。分壓電容上的電壓在100V左右變化，變化值大致為50V。在實際中，分壓電容電壓不均可能會導(dǎo)致該逆變器不能正常工作，因此必須采取措施對兩個分壓電容進行均壓。 兩種均壓措施本節(jié)將主要介紹冗余開關(guān)均壓法和調(diào)制波修正均壓法的原理，仿真分析，最后總結(jié)它們的均壓特點。 冗余開關(guān)均壓法 本文介紹的輸出并聯(lián)組合型雙Cuk逆變器，各個開關(guān)管的驅(qū)動波形如圖2—3所示，在一個工頻的周期內(nèi)，SS2各工作半個周期，但是S1工作時S2不工作，而S2工作時，S1不工作，即SS2互補工作。而冗余開關(guān)均壓法就是讓SS2一直處于工作狀態(tài)。S1和S2就被稱為冗余開關(guān)。其工作原理簡要介紹如下：
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