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中原工学院硕士学位论文

光储一体转换器拓扑结构及控制研究

专业名称：模式识别与智能系统

研究生姓名：齐伟立

指导教师：巫付专教授

摘要

随着新能源的不断发展，光伏发电作为新能源的代表被广泛的接受和应用。但受温

度和光照的影响，其输出具有波动性和间断性，因此保持光伏发电输出功率最大及实现

LLC

光储一体系统稳定运行具有重大的研究意义。三相桥结构简单、成熟且易于控制，

谐振变换器具有软开关、体积小和效率高等优势，能很好地满足现代电力电子技术节能

降耗、高功率密度的发展趋势。针对上述论述，本文运用三相桥结构结合LLC谐振电

路构成光储一体转换器。在三相桥结构中，第一对桥臂连接电感实现升压Boost变换器

功能，将光伏以最大功率输出；第二对桥臂通过电感与蓄电池相连，实现双向半桥DC/DC

变换器的功能，确保能量的双向流动，从而维持直流母线电压的稳定性；第三对桥臂实

现半桥LLC谐振变换器，通过调节第三对桥臂上开关管的频率实现光储一体转换器作

为恒压输出。本文对光储一体转换器拓扑各个部分的工作原理及整体控制策略进行研究

设计。

在系统工作原理与参数设计方面，首先介绍Boost变换电路实现光伏最大功率追踪

的原理与参数设计，在升压电路电感参数设计中，提出了临界电感与占空比的关系；其

次分析说明双向半桥DC/DC变换电路实现储能电池中能量双向流动的工作原理与参数

设计；最后，对半桥LLC谐振变换器的工作过程进行深入而细致的分析，并利用基波

近似法进行等效电路分析，得到电压增益传递函数并详细分析了电压增益函数与谐振电

感、谐振电容及负载的关系，接着以降低导通损耗为目标，利用粒子群算法对LLC谐

振变换器进行了谐振电路参数的优化。

在系统控制方面，本文首先分析带有复合反馈的电导增量法实现最大功率点跟踪。

其次采用状态空间平均法构建了双向半桥DC/DC变换器的稳态模型与小信号模型，并

据此推导出了相应的传递函数，接着运用电压外环与电流内环组成的双闭环控制系统，

对双向半桥DC/DC变换器进行了精确的补偿与控制设计，在此过程中，对PI参数进行

了工程近似处理，以确保控制系统的稳定性和优化性能。最后采用扩展描述函数法构建

了半桥LLC谐振变换器的稳态模型与小信号模型，并基于这些模型推导出了相应的传

递函数，运用电压闭环的调频控制对LLC谐振转换器进行补偿控制设计；在系统设计

I

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中，为实现硬件电路中双向半桥DC/DC变换器共用电感并减小电感的体积提出一种双

频的控制方法；软件设计中为提高A/D采样的效率及精度提出了三合一ADC采样，并

运用光储一体中频率最高的PWM信号触发ADC模块。

最后，借助MATLAB/Simulink仿真工具，成功搭建了基于三相桥的光储一体转换

器的拓扑仿真系统，在仿真中验证该光储一体系统的能量守恒及控制策略；以DSP

TMS320F28335为控制核心，成功搭建了一台实验样机，该样机验证所提光储一体结构

及控制策略的稳定性。其结果进一步证明了所提出的新型光储一体机系统结构简单，可

以稳定运行且易于实现。

关键词：光储一体转换器；三相桥；LLC谐振变换器；双闭环控制；变频控制

II

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RESEARCHONTHETOPOLOGYANDCONTROLOFTHE

INTEGRATEDOPTICALANDSTORAGECONVERTER

Major:PatternRecognitionAndIntelligentSystems