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集中式可再生能源发电装置的技术研究

摘要

能源是人类赖以生存的物质基础，随着社会的快速发展和人口的不断增长，人类对

能源的需求日益旺盛。传统化石燃料具有不可持续性并且化石燃料的燃烧带来了严重的

环境污染和气候问题，各国都在积极地寻找和开发可再生能源。三端口直流变换器具有

传输效率高、可靠性好等优点，三个端口可以分别连接发电单元、储能单元、直流负载，

适合作为可再生能源发电装置。

本文将全桥完全隔离型三端口直流变换器作为研究对象，给出了设计方法并对双有

源DC/DC变换器展开研究，通过Y-变换可以得到三端口直流变换器的等效电路和功

率传输方程，再以变换器的直流侧电流为对象建立小信号模型，在此基础上对变换器端

口间的耦合关系进行研究。针对传统软件解耦的解耦矩阵复杂且可能导致系统性能下降

等问题提出了硬件解耦的方法，在变压器绕组与全桥单元间串入电容与变压器等效漏感

形成谐振网络以消除端口间的耦合关系，改善系统动态性能。

针对可再生能源发电装置的应用背景对其控制策略进行了设计，通过研究光伏电

池、风力发电机以及蓄电池的工作特性及其最大功率追踪方法，给出了发电装置可能出

现的工况。提出了基于最小竞争的控制策略，可同时实现光伏电池的最大功率追踪、蓄

电池电压/电流保护以及输出端恒压控制，该控制方法解决了可再生能源发电装置多控制

目标而控制变量不足的问题保证了发电装置工况的平滑切换。

对于大功率发电场合，常采用变换器输出端并联运行的方式以增大系统输出功率提

升系统可靠性。针对传统均流控制与下垂控制不够灵活且能量利用率较低的特点，本文

提出了改进的下垂控制策略，通过综合分析各模块发电单元、储能单元的能量状态信息

动态调整输出端口的下垂系数从而实现功率的合理分配，达到“多能多发”的目的，保

证模块间的能量状态平衡。

本文在仿真软件中对提出的控制策略进行了验证分析，根据需求设计了相应的硬件

电路以及磁性元件并给出了控制策略的软件实现方法。最终搭建了以DSP28335为核心

的三端口直流变换器实验平台，通过实验验证了本文提出控制策略的有效性和正确性。

关键词：多端口直流变换器；最大功率追踪；最小竞争；改进的下垂控制

集中式可再生能源发电装置的技术研究

ABSTRACT

Energyisthematerialbasisforhumansurvival.Withtherapiddevelopmentofsociety

andthecontinuousgrowthofpopulation,humansdemandforenergyisincreasinglystrong.

Traditionalfossilfuelsarenotsustainableandtheburningoffossilfuelshasbroughtserious

environmentalpollutionandclimateproblems,andallcountriesareactivelylookingforand

developingrenewableenergy.Thethree-portDCconverterhastheadvantagesofhigh

transmissionefficiencyandgoodreliability,andthethreeportscanbeconnectedtothepower

generationunit,theenergystorageunitandtheDCloadrespectively,whichissuitablefor

renewableenergypowergenerationdevices.

Inthispaper,thefull-bridgecompletelyisolatedthree-portDCconverteristakenasthe

researchobject,thedesignmethodisgivenandthedual-activeDC/DCconverterisanalyzed.

Theequivalen