BFC直流变换器在光伏发电系统中的应用分析研究 .docx

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1、精品名师归纳总结BFC 直流变换器在光伏发电系统中的应用争论- 电气论文BFC 直流变换器在光伏发电系统中的应用争论刘芳 1，刘玉友 2，符再兴 1（1.哈尔滨工业高校 （威海） 信息与电气工程学院， 山东威海 264209 。2. 山东省长岛县供电公司，山东长岛265800 ）摘要：光伏发电系统中输出电压随光强变化波动较大，为保证正常并网逆变，需要一种高增益的直流变换器将光伏输出电压提升到常规直流母线电压。这里主要争论一种基于Boost 拓扑、 Flyback 拓扑的升压反激式变换器（ BFC）在太阳能光伏发电系统的应用。 BFC 将 Boost拓扑与 Flyback拓扑输入并联、输出串联，

2、反激拓扑中的初级线圈电感同时作为Boost拓扑的输入电感，变压器的漏感能量得到了利用。仿真结果说明，新型BFC 直流变换器应用于光伏发电系统时，具有提高输出电压增益，减小电压纹波，跟踪成效更好等优点。关键词：光伏发电。 BFC 拓扑。高增益直流变换器。漏感中图分类号：TN624.34文献标识码：A 文章编号：1004.373X （2021 ）16.0145.04收稿日期： 2021.01.250 引言随着经济的快速进展，全球能源总消耗量日益增大。人们迫切需要查找 到一种可再生、 储量大、清洁便利的能源来支撑经济的高速进展， 开发和利用太阳能成为热门争论方向。光电转化是利用光伏电池将太阳辐射能直

3、接转换成电能，且和储能装置、测量把握装置和直流 .沟通转换装置相协作，构成光伏发电系统1 。光伏电可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结池输出电压大小随光照强度变化波动较大，最低可至2030V。为保证正常并网逆变需要，需要一种具有高增益的直流变换器将光伏电池输出电压提升至常规直 流母 线 电 压 。 本 文 探 究 了 一 种基 于 Boost拓 扑与 反 激拓 扑 配 合 的Boost.Flyback Convertor（BFC）的工作原理以及在太阳能光伏发电系统中的应用。 BFC 将 Boost拓扑与 Fly.back拓扑输入并联、输出串联，并接受交叉导通技术。其中反激拓扑中的初

4、级线圈电感同时作为Boost拓扑的输入电感， 变压器的漏感能量得到了利用，减小了漏感损耗，提高了变换器的转换效率。1 Boost.Flyback变换器结构及分析1.1 Boost.Flyback变换器工作原理Boost 电路和 Flyback电路的输入结构相像，将两个拓扑的“输入并， 输出串”，就组成了新型的 BFC（Boost.Flyback Converter）拓扑2 ，如图 1 所示。变压器的激磁电感和漏感分别为 LM和 LK，初级线圈电感为 LP=LM+LK ，变压器原边线圈匝数为 Nx ，变压器副边线圈的匝数为 Ny ，且 Nx Ny=n 。反激变换器的输出二极管对应 BFC 中的

5、D1 ，与此类似 Boost变换器的输出二极 管对应 DC1 。同时这里提高输出电压增益也可以通过调剂变压器匝比和占空比实现。其工作过程可简洁分析如下：开关管导通时，电流通过初级线圈和开关 管组成回路，电感 LP 起到储能作用，同时给开关管寄生电容CDS 充电。二极可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结管 D1 因次级线圈电压相位而处于反相截止状态，DC1处也没有电流通过，电 路通过 2 个输出级电容向负载供应能量。开关管S 闭合时，通过次级线圈向负载供能。同时， Uin 和初级线圈共同向电容 CC 和负载供应能量，其工作过程与Boost电路类似。在该过程中，初级线圈的漏感部分LK

6、中贮存的能量也通过DC1传输到负载侧， 也就是说 Boost电路不仅具有升压功能， 同时也能吸取高频变压器中漏感储存的能量，将漏感损耗能量传输到负载侧，提高了变换效率。 当开关管断开时， DC1 导通，形成 UI. 线圈.DC1.CC 回路，开关管电压被变压器和电容 CC 钳位，防止了因显现严肃的关断尖峰电压而烧坏开关管的情形。接受 BFC 新型输入输出结构既大幅度提高电压增益，同时减小了输出电容的电压应力。1.2 电压增益分析开关管关断后，负载由激磁电感 LM（Flyback 等效）和漏电感 LK（Boost等效）供能。其中： UB 为 Boost 变换器输出电压， UF=UC1+ UC1

7、n 为反激变换器的输出电压。争论可得，对于 BFC“输入并，输出串”时的电压增益为：式中 k 为双路输出的电压增益。由式（ 1 ）可知，对比单一的Boost变换器或反激变换器，新型逆变器的输出电压大幅度增加，漏感和激磁电感的比值对输出电压提高幅度有很大影响，漏感与输出电压幅值成正比，就是说新型BFC 变换器，利用变压器的漏感来提高了电压增益，同时解决了反激变换器的漏感问题，一举两得。由此可见， 原边开关管电流应力确定时， 可以实现更大的输出功率。 漏感另一作用是对二极管电流的变化起到限制作用，增强系统的电磁兼容性。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2 光伏系统中最大功率跟踪的实现

8、依据文献 3 等效电路建立 Matlab/Simulink模型，如图 2 所示。为实现最大功率跟踪， 这里选择电导增量法 4 ，依据文献 3供应的 P.V曲线可知，在最大功率点处存在dP/dV=0，分析可知在最大功率点处有下式成立5.8 ：故可利用式（ 2 ）来判定光伏电池是否工作在最大功率点。在 U.I 曲线上未达到最大功率点时存在关系：在 U.I 曲线上超过最大功率点时存在关系：光伏组件电压可利用式（ 4 ）进行相应的调剂。相应的把握流程如图 3 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电导增量法的数学依据是在最大功率点处功率对电压的导数为0 。P.V曲线为单峰值曲线， 从原

9、理上来分析， 用电导增量法进行最大功率跟踪时属于无差跟踪，跟踪成效比较理想 9.10 。3 系统仿真及结果图 4 所示为电导增量法用于新型Boost.Flyback变换器的单路 MPPT把握模型，在 t=0.1 s的时刻施加光强和温度的扰动，图5 ，图 6 为仿真结果。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.1 BFC 与 Boost 拓扑的 MPPT 比较图 7 所示为电导增量法用于Boost变换器的 MPPT把握模型，在t=0.05s 的时刻施加光强和温度的扰动，图8，图 9 为仿真结果。由单路 BFC和传统 Boost 仿真结果对比可知，将电导增量法应用于新型BFC 拓扑上时

10、，相对比传统的 Boost能够平稳、快速的跟踪光伏电池的最大功率，输出电压值更稳固。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.2交叉导通的 BFC 的 MPPT 仿真为了使 BFC 的高增益高效率的特点更加明显， 这里进一步接受了交叉导通的 BFC 模型来验证。图 10 所示为电导增量法用于交叉 Boost.Flyback变换器的 MPPT 把握模型，拓扑中的器件参数保持不变，在t=0.07 s的时刻施加光强和温度的扰动，图 11 ，图 12 为仿真结果。比较传统Boost 变换器的 MPPT 把握波形与交叉的BFC 变换器的 MPPT 把握波形，清楚看到： BFC 的跟踪速度相较于

11、传统 Boost 更快，超调量远小于传统Boost 变换器。交叉 BFC 的跟踪波形为一条平滑的曲线，纹波较小。而Boost变换器的波形就存在确定大小的纹波，输出电能质量也不及交叉的BFC 拓扑结构。交叉 BFC 的仿真结果要明显可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结优于单路的 BFC。4 结语本文主要工作是争论了具有高增益高效率特点的新型 BFC 变换器在光伏发电系统中的应用，并对此进行了仿真验证。由于 BFC 变换器具有提高光伏输出电压、减小电压纹波以及提高变换器的转换效率等特点，相比于传统的Boost 变换器， BFC 直流变换器应用于光伏发电时，最大功率点跟踪速度更快， 跟踪

12、过程更为平滑，超调小于 Boost 变换器，输出波形稳固后的跟踪波形也更稳固、波动小。参考文献1 董妍.新型反激式光伏并网逆变器的争论 D. 哈尔滨：哈尔滨工业大可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学， 2007.2 古俊银，吴红飞 .高效率高增益 Boost.Flyback直流变换器 J. 中国电机工程学报， 2021 ，31 （ 24 ）：40.45.3 XI Youhao ，JAIN PraveenK. ZerovoltageswitchingflybackconvertertopologyC/ESC Record.IEEEAnnualPowerElec.tronics Sp

13、ecialists Conference. S.l.：IEEE， 1997 ：311.313.4 刘翼.基于 Simulink的光伏电池组件建模和 MPPT 仿真争论 J. 科技导报， 2021 ， 28 （18 ）：94.97.5 徐鹏威，刘飞，刘邦银，等 .几种光伏系统 MPPT 方法的分析比较及改进J.电力电子技术， 2007 ，41 （5）： 3.5.6 HOYOJ. Studyof an AC .AC flybackconverteroperatinginDCMC/PESC Record.IEEEAnnualPowerElectronicsSpe.cialists Conferenc

14、e ，S.l.： IEEE， 2003 ，2 ：683.688.7 LI Quan ，WOLFS P. A current fed two.inductor boost converterwith an integrated magnetic structure and passive lossless snub.bers for photovoltaicmoduleintegratedconverterapplicationsJ.IEEE Transaction on Power Electronics，2007 ，22 （1 ）：309.321.8 孔力.太阳能光伏发电 M. 北京：机械工业出版社， 2000.9 郭爽，王丰贵 .有用光伏电池建模及 MPPT算法仿真 J. 现代电子技术， 2021 ，37 （8 ）：148.150.10 钱嘉怡，朱东柏，王梓.光伏系统 MPPT把握方法争论 J.价值工程，2021 ， 30 （ 10 ）：157.158.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作者简介：刘芳（ 1979 ），女，山东德州人，硕士。争论方向为电力电子与电气传动。可编辑资料 - - - 欢迎下载