【摘 要】
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新能源发电系统因输出电压低、波动大等特点,无法直接并网,需要宽输入电压范围、高电压增益的DC-DC变换器作为中间环节,以提升电压等级并保持输出电压的稳定。传统高增益DC-DC变换器一般采用多级变换技术或附加升压单元技术,导致体积增加、效率下降、功率密度下降。现有研究表明,DC-DC变换器是一个典型的非线性系统,当参数变化时,会出现分岔与混沌等行为。由于混沌区域的不稳定电压增益高,因此若能将其控制稳
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新能源发电系统因输出电压低、波动大等特点,无法直接并网,需要宽输入电压范围、高电压增益的DC-DC变换器作为中间环节,以提升电压等级并保持输出电压的稳定。传统高增益DC-DC变换器一般采用多级变换技术或附加升压单元技术,导致体积增加、效率下降、功率密度下降。现有研究表明,DC-DC变换器是一个典型的非线性系统,当参数变化时,会出现分岔与混沌等行为。由于混沌区域的不稳定电压增益高,因此若能将其控制稳定,则能在不改变变换器拓扑情况下,提高变换器的电压增益。为此,本文开展了基于混沌打靶控制的高增益DC-DC变换器的研究和探索。本文主要开展了以下工作:1、建立了峰值电流双环控制下Boost变换器的精确离散模型,研究了电感电流和输出电压随参考电压值变化的分岔和混沌行为。研究表明,当Boost变换器占空比大于0.5时会出现分岔与混沌现象,无法稳定运行,使得Boost变换器电压增益无法进一步提升,为基于混沌打靶控制的高增益DC-DC变换器提供了研究基础。2、对Shinbrot提出的混沌打靶控制进行改进,改进后的混沌打靶控制是一种基于参数扰动的适用于高维离散动力学系统的混沌控制方法,旨在利用小参数扰动驱使系统在一次迭代后运动到稳定流形上,而后沿稳定流形渐进趋向不动点。改进后的混沌打靶控制计算量大幅减少,能够自行控制混沌系统稳定,无需后续的OGY法进行辅助控制。按照系统不稳定特征值数目给出了控制律表达式,并分析了控制律的稳定性。3、将改进混沌打靶控制应用于Boost变换器中,将Boost变换器占空比扩大到0.8,电压增益提高到5倍,从而提高了变换器稳定运行的电压增益。分析表明,混沌打靶控制使Boost变换器稳定运行的占空比范围变宽,且纹波减小、动态性能良好,且与斜坡补偿相比有更好的抗输入电压扰动能力。4、搭建了基于混沌打靶控制的Boost变换器的硬件实验平台,进行硬件电路设计及控制软件编写,开展了实验研究。实验结果与仿真结果一致,验证了本文控制方法的正确性和有效性。
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