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1、 密 分 l 菇办孚 硕士学位论文 论文题目：三超灸锚井船局c 每摇。装 钓掘抖化仁写池计 岛絮稳灾絮八蕞戮y 只矿1 砸妒坛必厶白阿f 踟皑 纠p c ( ，叭w y 留y 作者姓名 重鱼毖 专 指导教师姓名 专业技术职务王五斌吾、1 暇 ( 矽 o 年午月厂日 t 原创性声明 I I l ll lII I II1 1 1I I IIr l lIIl Y 17 9 2 4 10 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在
2、文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作：獭蟛 日期刊州6 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 粥砖翩硌勿哆八日胁2 呲幅 山东大学硕士学位论文 目录 摘要I A B S T R A C T I I 符号说明I I I 第1 章绪论。1 1 1 太阳能光伏发电的意义和背景1 1 2 国内外太阳能光伏发电的现状。2 1 2 1 世
3、界太阳能光伏发电的发展现状2 1 2 2 国内太阳能光伏发电的发展现状3 1 3 太阳能光伏发电系统构成4 1 4 直流D C D C 变换器拓扑总结4 1 4 1 推挽式D C D C 变换器5 1 4 2 半桥式D C D C 变换器5 1 4 3 全桥式D C D C 变换器6 1 5 本文研究的主要内容7 第2 章三相交错并联D C D C 变换器拓扑9 2 1 三相交错并联D C D C 变换器的控制方式1 0 2 2 运行隋况详细分析1 1 2 2 1 变压器模式( 1 2 0 0 + v o m L 一一一一一一一一一一一j 【b )( c ) 图3 - 3 平均模型的推理过程
4、F i g 3 - 3D e d u c t i o no fa v e r a g em o d e l 根据上一章的分析我们可知，脉冲电压源V 删是由移相角度0 c 的大小所调 节的，并且还与变压器的绕组比例1 1 有关。所以，在平均值模型中的等效电压源 V d 就可由下式表示： ( 为便于分析，以下移相角度a 都以弧度为单位) = 丝”v , o( o 口 昙) 一3 6 t n v 。( 要 口 孚) ( 3 - 5 ) 2 ”u( 娶 口 万) 并且根据图3 3 中( c ) 所示的平均值模型，我们可得输入电压V d 与输出电压 V o u t 之间的传递函数G 。d 为： 山东大学
5、硕士学位论丈 吒= 器= 弓i t i I ( 去) = 瓦毒 p 6 ， 这样以移相角度a 为控制量，来控制输出电压V o 。的变化。根据式( 3 5 ) 和式 ( 3 - 6 ) 我们可得，移相角度0 【到输出电压V o 眦的传递函数G o a 为： 吒= 岩。岩岩2 一u ( 3 - 7 ) 其中0 【的取值范围是：0 口 等 当娶 口 万时，D C D C 变换器工作在变压器模式，这时图3 - 3 中的电压 V 嘲不受移相角度0 【控制，不论0 c 是什么值，其输出电压值都保持2 n K 不变。 这样我们把L 、C o 。、R 、n 、V i 。的值代入式( 3 7 ) 可得传递函数G
6、 。a 的波特图 1 铭 鹫g O 韶 萼 象 8 登 ： ：警： ： ： ： 1 、： l，lI ，l + |淞 1 - - l t ；，r tI。： l；I - III 喇t丑， 。O M ：I n f? 。 Itf F r e q ：I n f S t a b l el o o p ： 图3 4 变换器传递函数G o a 的波特图 F i g 3 - 4B o d ep l o to fc o n v e r t e r St r a n s f e rf u n c t i o nG o a 从图3 4 中我们可以看出这是典型的二阶振荡环节【3 5 1 ，其波特图幅值一开始 保持不变，
7、后来经过了两个极点以后，其幅值开始以4 0 d B d e c 的斜率开始下降。 而其相位一开始为0 。，后来经过了两个极点之后，相位变为了1 8 0 。 山东大学硕士学位论文 3 3 单电压环控制 单电压环控制，就是在输出端取一个电压量作为反馈，与所要输出的电压基 准值进行比较，从而进行控制【35 1 。其只有一个电压外环，控制方式简单，易于实 现。以下我们就假设在D C D C 输出所带负载为电阻R 的情况下，来进行控制器 参数的设计。 3 3 1 系统框图分析及控制器参数设计 图3 5 所示是单电压环系统控制框图，其中G o a 是从移相角度0 【到输出电压 V 。u 。的传递函数，所是
8、电压采样系数，取凰= 0 0 1 ，V 诧f 是基准控制电压，取 V 佗f = 3 5 V 。G 1 是调节器环节，对整个系统进行补偿。G ，调节器参数的设置非常 重要，不正确的参数不仅会影响系统的性能，而且会影响系统的稳定性，甚至会 导致系统的崩溃p 0 1 。 V o u t 图3 5 单电压环系统控制框图 F i g 3 - 5B l o c kd i a g r a mo fs i n g l ev o l t a g el o o p 系统稳定的条件3 1 1 是其开环传递函数的波特图在过零点时斜率应该为 2 0 d B d e c ，并且过零点处所对应的相角应该在0 0 到1 8
9、0 0 的范围内。开环传递函 数波特图过零点所对应的频率称为交越频率Z ，反映了系统的带宽3 2 1 ，即整个 系统的响应速度。 因为后面所带的负载为逆变器，所以为了避免D C D C 环节和后面的逆变环 节之间相互影响，一般选取D C D C 的交越频率较低【3 3 】。 由图3 5 可知单电压环控制时系统的开环传递函数为： 嘭= G 1 H i 吒 ( 3 8 ) 因为G o Q 是一典型的二阶振荡环节其谐振频率为： 3 0 山东大学硕士学位论文 z 2 丽1 = 2 刀打丽丽夏i 矿 = 3 3 9 5 H z ( 3 - 9 ) 并且H l = O 0 1 是一个常数。则根据图3 4
10、所示的波特图，我们设计调节器 G J 的参数可遵循以下原则： ( 1 ) 在原点处设置一个极点，从而来消除稳态误差。 ( 2 ) 在G 谐振频率Z 附近设置一个零点，从而来抑制其波特图中谐振时的 尖峰。防止谐振时尖峰穿过0 d B 线。 ( 3 ) 根据系统稳定性的要求，来调节调节器G l 的增益K l 的大小，从而使得 系统开环波特图在谐振频率之前以2 0 d B d e e 的斜率穿越0 d B 线。同时防止谐振 频率处的尖峰穿越0 d B 线 这样，调节器G 1 就是一个典型的P I 调节器，则由图3 - 6 所示，为系统开环 传递函数的波特图。当调节器参数选取G l = 2 5 7 x
11、( 1 + 0 0 0 0 5 5 s ) 时， S 从图3 6 可 见，系统交越频率为0 7 8 2 H z ，系统相角欲量为9 0 2 0 ，幅值欲量为5 3 8 d B 。 ，。7 ” 7 0 搿船0 8 棼如擞潮( C ) 。 露 + 德8 一一一一一一一1 1 一：；： 万广一t 一。I 一I 了T 。- 一：一一- 一一一：一r ：一一 哪莹i 一i ； 。j1。一j。i。j。jii；4。+一。j。瀚j：。j。i1。j。j。i“i。|。j O M ：5 3 8d B ：叫： 一F r e q ：3 4 0H z j ：o j j ! 蠢：。j j ，j 臻j = 慕0 ， S t
12、a b l e l o o p ：；：；：；：_ 毫，；。，。一，? ? ? j j f 嫩秘嚣研。j ? ? 。2 二；。= 。； 图3 - 6 当G l 为P I 调节器时的开环传递函数W l 的波特图 F i g 3 - 6B o d ep l o to fo p e nl o o pt r a n s f e rf u n c t i o nW iw h e nG 1i sP I 这种调节器，使得系统交越频率非常低，只有0 7 8 2 H z ，这使得系统响应速 度变慢【3 4 】【3 5 1 。解决的办法就是增大调节器G l 的增益值K l ，从而进一步的提高交 越频率【”】。但是因
13、为系统谐振频率处的尖峰，使得系统幅值裕量只有5 3 8d B ， 增大调节器增益K l ，就有可能使得谐振尖峰穿越0 d B 线，造成系统不稳定，解 决的办法就是进一步减小交越频率。从而可见这是一个两难的问题，难以使系统 jc露昌；眷瑟聱轰噻蕊 山东大学硕士学位论文 达到更好的性能。 为了使系统达到更好的性能，本文选取调节器结构为单极点双零点的P I 调 节器，使的系统的交越频率在谐振频率之后【3 9 】【4 0 】。则设计调节器G l 的参数可 遵循以下原则： ( 1 ) 在原点处设置一个极点，从而来消除稳态误差。 ( 2 ) 设置一个零点厶，其频率在传递函数G 。n 的谐振频率正，从而来抑
14、制谐 振频率时G D 仅波特图中的尖峰。 ( 3 ) 设置另外一个零点Z ：，其频率在传递函数G 。a 的谐振频率Z 附近，来调 节开环传递函数中波特图的斜率，从而保证系统交越频率Z 处的波特图斜率为 2 0 d B d e c 。 ( 4 ) 在高频段设置一个极点无，从而使得系统开环传递函数的波特图中的高 频段以6 0d B d e e 的斜率下降，这样能够更好的抑制开关纹波并滤除高频噪声。 ( 5 ) 根据所希望得到的交越频率Z 的大小，来调节调节器G l 的增益K l 的大 小，从而得到所希望的交越频率Z 。 这样，调节器G l 应当是一个单极点双零点的P I 调节器。则整个系统的开环 传递函数W 1 为： 彤嘶q 吒= K 丝纂s k s 铲删瓯 ( 3 _ 1 0 ) 十三死T ) 本文选取调节器G l 参数为： G，：39
