第6章 光伏发电系统中电力电子变换电路及其控制
电子技术06第6章电力电子器件及基本电力变换电路课件
V1,4导通，u0=Ud
u G1,4 u G2,3
t
VD2,3导通，u0= -Ud
t
V2,3导通，u0= -Ud
uo io
t3
t4
t 5
VD1,4导通，u0= Ud
t1
t2
t
控制信号 开V1,4,关V2,3 开V2,3,关V1,4 开V1,4,关V2,3
器件导通情况 VD1,4 V1,4 VD2,3 V2,3 VD1,4
数量关系
Uo
ton ton toff
E
ton T
E
E
Io
Uo
EM R
Ton / T
续流二极管
不希望电流断续
负载 上的 反电 动势
电流连续
动态演示
电流断续
6.3.2 升压斩波电路 （Boost Chopper）
1) 升压斩波电路的基本原理
电路结构
工作原理 假设L和C值很大
V通态,E向L充电,I1恒定,C向R供电,Uo恒定。 V断态,E和L同时向C充电,并向负载提供能量
6.1 常用电力电子器件
按照器件被控制信号所控制的程度，可做如下分类
半控型器件（Thyristor）通过控制信号可控制通,不能控制关 全控型器件（IGBT,MOSFET) 通过控制信号既可控制通又可控制
关又称自关断器件 不可控器件 (Power Diode) 不能用控制信号来控制其通断, 不需要
驱动电路
注入区
C
ID RN V-J1+ IC
C
-+
+
-IDRon
G
E
b)
c)
场控器件，原理与电力MOSFET基本相同，通断由栅射极电压uGE决定。
电力电子变换器的工作原理及应用
电力电子变换器的工作原理及应用电力电子变换器是一种将电能从一种形式转换为另一种形式的装置，它通过电压和电流的变化来实现电能的转换和控制。
电力电子变换器在许多电力系统和电子设备中起着重要的作用，它广泛应用于工业、交通、通信等领域。
一、工作原理电力电子变换器的工作原理主要涉及到功率半导体器件的开关行为。
主要的功率半导体器件包括晶体管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）等。
这些器件通过控制电流和电压的开关状态，来实现对电能的变换和控制。
在电力电子变换器中，最常见的拓扑结构包括单相全控桥式变流器和三相全控桥式变流器。
其中，单相全控桥式变流器由四个可控硅器件组成，可以将交流电源转换为直流电源，进而实现对电能的控制。
而三相全控桥式变流器由六个可控硅器件组成，可以将三相交流电转换为直流电，用于驱动电动机等应用。
电力电子变换器的工作过程可以简单描述为：首先，通过控制器对变换器中的可控硅或其他功率开关器件进行开关控制；其次，电力电子变换器通过开关器件的导通和截止，实现对输入电压和电流的变换；最后，经过滤波电路的处理，输出稳定的电能供给给电机、电网等负载。
二、应用领域1. 电力系统电力电子变换器在电力系统中起着至关重要的作用。
它们可用于电力传输的高压直流输电系统（HVDC），将交流电转换为直流电以降低输电损耗和提高输电能力。
此外，电力电子变换器还被广泛应用于无功补偿装置、电力调制装置以及电力质量改善装置等领域，用于提高电能质量和电压的稳定性。
2. 工业在工业领域，电力电子变换器可用于可调速驱动器，用于控制电动机的转速和扭矩。
这种变换器可以根据需要调整电源电压和频率，实现更高的运行效率和精确控制。
同时，电力电子变换器还广泛应用于电焊机、电炉和数控设备等工业设备中，以满足不同的工作需求。
3. 交通电力电子变换器在交通领域中具有重要作用。
例如，交流传动机构中的变频器是一种电力电子变换器，它将交流电源转换为直流电并供给给电动机，从而实现电机转速的调节。
电力电子变换和控制技术
IFRIFrms /1.57
11
半导体电力二极管的开关特性
开关过程，由导通状态转为阻断状 态并不是立即完成，它要经历一个 短时的过渡过程；
此过程的长短、过渡过程的波形对 不同性能的二极管有很大差异；
理解开关过程对今后选用电力电子 器件，理解电力电子电路的运行是 很有帮助的，因此应对二极管的开 关特性有较清晰的了解。
25
2.3.1 逆阻型晶闸管SCR—两个三极管正反馈 晶闸管的结构、符号和结构模型
26
晶闸管的等值电路
A
IA
P1
J1
N1
T1
I C2
I C1 G
J2 J2
P2 P2
Rg Vg
Ig
i
B2 J3
N1
T2
N2
IC
K
(d)等效电路 27
IC1a1IAiC0 B1RICa2ICiC0B2IA
IA IC 1 IC 2 a 1 IA a 2 IC I0
45
小 结（续1）
根据开通和关断所需门极（栅极）驱动信号的不同要 求，开关器件又可分为电流控制型开关器件和电压控 制型开关器件两大类：
SCR、BJT和GTO为电流驱动控制型器件
P－MOSFET、IGBT均为电压驱动控制型器件
三极管BJT要求有正的、持续的基极电流开通并保持 为通态，当基极电流为零后BJT关断。为了加速其关 断，最好能提供负的脉冲电流。
5
5
2.1.2 半导体二极管基本特性—单向导电性 PN结高频等效电路
R
A(P)
K(N)
C
6
2.1.3 半导体电力二极管重要参数 半导体电力二极管的重要参数主要用来衡量 二极管使用过程中：
电力电子技术在光伏发电中的应用
电力电子技术在光伏发电中的应用随着环境保护和可持续发展的日益重视，光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式逐渐受到广泛关注。
而要实现光伏发电系统的高效运行和能量转换，离不开电力电子技术的应用。
本文将探讨电力电子技术在光伏发电中的重要性和应用。
一、逆变器的作用及应用逆变器是光伏发电系统中最重要的电力电子设备之一。
它的主要作用是将光伏发电产生的直流电转换为交流电，以满足电网对电能的要求。
逆变器通过电子开关管对直流电进行调制、变换和放大，输出符合电网要求的交流电。
在光伏发电系统中，逆变器不仅仅是起到直流变交流的作用，它还能对光伏阵列的输出功率进行最大功率点跟踪，提高系统的整体效能。
逆变器的应用在光伏发电系统中是至关重要的。
它可以将直流电转换为交流电，将电能输送到电网上。
同时还能够保护光伏电池板和电网的安全运行。
在实践中，逆变器的效率和可靠性对光伏发电系统的发电效果和电力品质有着直接的影响。
因此，逆变器的合理选择和高效运行是光伏发电系统中的关键环节。
二、光伏发电系统中的最大功率点跟踪技术光伏电池的输出功率与其工作电压和电流相关，同时受到环境温度、辐射强度等因素的影响。
为了使光伏电池的输出功率达到最大，光伏发电系统采用了最大功率点跟踪（MPPT）技术。
这项技术的核心是在不同光照条件下，通过调节光伏电池的工作点，使其输出功率达到最大。
MPPT技术通过电力电子器件来实现。
在光伏发电系统中，MPPT控制器监测光伏电池的输出电压和电流，并根据光照强度的变化，调整光伏电池的工作状态，使其在最佳工作点上运行。
通过合理的调整工作电压和电流，可以最大限度地提高光伏电池的转换效率，确保光伏发电系统的输出功率最大化。
三、光伏发电系统中的电力质量问题及解决方案光伏发电系统的接入电网对电力质量有着较高的要求。
电力电子技术在解决光伏发电系统中的电力质量问题方面发挥着重要作用。
1. 大电流谐波问题：光伏发电系统接入电网时，其输出电流会带有一定的谐波成分。
第六章 光伏发电系统中的电能变换技术
逆变器概述
• DC-AC变换器是指能将一定幅值的直流输入电压（ 或电流）变换成一定幅值、一定频率的交流输出 电压（或电流），并向无源负载（如电机、电炉 、或其它用电器等）供电的电力电子装置。
• DC-AC变换器又称为无源逆变电路，常简称作逆变 器（Inverter）。
• 能把一定幅值的直流输入电压（或电流）变换成 一定幅值、一定频率的交流输出电压（或电流） ，并向电网供电的电力电子装置称为有源逆变电 路,习惯作为整流器电路的馈能运行来讨论
a)
b)
• 因此，为减少DC-AC变换时的交流输出谐波，可以考虑采 用方波变换叠加以增加输出交流波形的输出电平数 。
2. 阶梯波变换方式
• 由于这种多电平输出的交流波形形似阶梯波形，因此采 用方波叠加的DC-AC变换方式成为交流阶梯波变换。
u Um
U5 '
阶梯波
U4'
U3 '
正弦波
π
U2'
o
U1 '
第六章 光伏发电系统中的电能 变换技术
2012.5
太阳能发电系统的控制
• • • • 光伏发电系统所发出的电能为直流电能； 供电稳定性相对较差； 光伏电压受光照等环境影响； 独立光伏系统配置蓄电池等储能装置；
两大任务：控制和变换
控制器 太阳能电池阵列 － ＋ 蓄电池组
电力电子 变换器
负载
直流负载
并联谐振电流型逆变器
5.单相半桥逆变器
单相半桥逆变器
6.单相全桥逆变器
单相全桥逆变器
7.三相桥式逆变器
三相桥式逆变器
光伏阵列发电主要存在以下问题： １．光伏阵列发电效率低
２．光伏阵列发电系统的造价成本高
光伏发电系统分解介绍——DC-DC转换器
光伏电池板发出的电能是随着天气、温度、负载等变化而不断变化的直流电能，其发出的电能的质量和性能很差，很难直接供给负载使用。
需要使用电力电子器件构成的转换器，也就是DC-DC转换器，将该电能进行适当的控制和变换，变成适合负载使用的电能供给负载或者电网。
电力电子转换器的基本作用是把一个固定的电能转换成另一种形式的电能进行输出，从而满足不同负载的要求。
根据输入和输出的不同形式，可将电力电子转换器分为四类，即AC-DC转换器、DC-AC转换器、DC-DC转换器和AC-AC转换器。
在离网型光伏发电系统中采用的是DC-DC转换器。
它是光伏发电系统的关键组成成分，一般具备有几种功能：最大功率点追踪、蓄电池充电、PID自动控制、直流电的升压或降压以及逆变。
DC-DC转换器，其工作原理是通过调节控制开关，将一种持续的直流电压转换成另一种（固定或可调）的直流电压，其中二极管起续流的作用，LC电路用来滤波。
DC-DC转换电路可以分为很多种，从工作方式的角度来看，可以分为：升压式、降压式、升降压式和库克式等。
降压式转换器（BuckConverter）是一种输出电压等于或小于输入电压的单管非隔离直流转换器；升降压式变换器（Buck-BoostConverter）转换电路的主要架构由PWM控制器与一个变压器或两个独立电感组合而成，可产生稳定的输出电压。
当输入电压高于目标电压时，转换电路进行降压；当输入电压下降至低于目标电压时，系统可以调整工作周期，使转换电路进行升压动作；而升压式转换器（BoostConverter）是输出电压高于输入电压的单管不隔离直流转换器，所用的电力电子器件及元件和Buck转换器相同，两者的区别仅仅是电路拓扑结构不同。
电力电子在太阳能光伏系统中的应用
电力电子在太阳能光伏系统中的应用太阳能光伏系统是一种通过将太阳能转换为电能的可再生能源系统。
电力电子是一门研究电力的电子技术，主要应用于电力转换、电力传输和电力控制等方面。
在太阳能光伏系统中，电力电子技术的应用起着至关重要的作用。
本文将探讨电力电子在太阳能光伏系统中的应用，并重点介绍逆变器、充电器和功率优化器在太阳能光伏系统中的作用。
一、逆变器逆变器是太阳能光伏系统中最常见的电力电子设备之一，其功能是将太阳能光伏板产生的直流电转换为交流电供应给电网或负载使用。
逆变器通过采用高效率的电力电子器件和控制技术，可以实现直流电到交流电的高效转换。
逆变器的输出电压和频率可以根据需要进行调节，以满足不同电网或负载的要求。
逆变器还具有功率调节和功率保护的功能，可以根据光伏板的输出功率变化自动调整输出电压和频率，确保系统的正常运行。
二、充电器太阳能光伏系统中使用的电池需要经常充电以获取足够的电能。
而充电器作为电力电子设备的一种，就是用来将光伏板产生的直流电转换为合适的电压和电流，以供给电池进行充电。
充电器通常采用开关变换器的技术，通过控制电路中的开关元件，将输入的直流电转换成需要的输出特性。
充电器还可配备过压保护、电流限制和充电状态检测等功能，以确保充电的安全和高效。
三、功率优化器太阳能光伏系统中，由于光照条件和温度的变化，光伏板的输出功率会有所波动。
为了最大限度地提高光伏板的发电效率，功率优化器被引入到光伏系统中。
功率优化器是一种电力电子设备，主要用于监测和优化光伏板的输出特性，以确保光伏板的工作点始终在最佳状态。
功率优化器通过感知每个光伏板的工作状况，并进行动态调节，可以确保光伏板的最大功率输出，提高系统的整体发电效率。
综上所述，电力电子在太阳能光伏系统中发挥着重要的作用。
逆变器将直流电转换为交流电，充电器将光伏板产生的直流电转换为合适的电压和电流供电池充电，功率优化器则用于监测和优化光伏板的工作状态。
这些电力电子设备的应用能够确保太阳能光伏系统的高效运行和最大发电效率。
光伏发电中电力电子综述
隔离型DC/DC变换器结构
图 4 隔离型 DC/DC 变换器结构
常用的隔离型 DC/DC 变换一般有反激、 正激、半桥、全桥等，如下图所示。具体 的各种电路工作原理以及控制策略请参考 相关文献。
T D C E VT1 G
S D
3.1 DC/AC 逆变电路拓扑
由于正常稳态运行时， 三相逆变并网系 统处于平衡的工作状态，三相参数对称， 故可以用单相电路描述其工作过程。如下 图所示即为单相电压源电流型逆变电路。
u uc ur
制波的幅值，U�� 为载波幅值。一般通过调 节U�� 改变输出电压幅值。 ②频率比：K = ��，提高 K 可以改善输出电
�
�
压的频谱特性， f� ≫ f� 。 通过平均值模型分析法：当f� ≫ f� 满足时 输出电压 u� 在一个载波周期 T� 内的平均 值可看做输出电压基波分量瞬时值，经推 导可定义直流电压利用率： A� =
O
t
uo Ud
u of
uo
O
t
- Ud
图 8 双极性 SPWM 调制
图中三角波为载波，正弦波为调制波。 定义：①调制比：m = � �� ，其中U�� 为调
��
�
4
现代电力电子技术课程作业
上海电力学院
学号：ys1110221047
图9
SVPWM 调制电压矢量图
3.3 DC/AC 逆变电路的控制策略
关键词：光伏发电；直流变换；光伏逆变器；PWM
1 背景概述
传统能源发电技术受到能源、 环保等因 素制约情况下，新能源的应用与发展给现 代发电技术指明了新的方向。相比较传统 的煤、石油、天然气等能源，太阳能、风 能、 生物质能、 潮汐能等能源具有数量大， 污染少，可持续发展等诸多优点。再加上 中国特殊的能源产地与用户地理上的分离， 长距离输电成本的昂贵，以及偏远地区输 电困难等因素，了新能源发电正迎来大力 发展的契机。尤其是太阳能，目前最大的 太阳能电池板光阵容量已经达到数 M 瓦。 图一就是典型的光伏发电系统并网运行模 式示意图。
《新能源电源变换技术》课程标准
《新能源电源变换技术》课程标准一、课程基本情况一、课程编码及课程名称课程编码：16123301课程名称：新能源电源变换技术二、学时及学分总学时数：88，其中，讲授学时：64，实践（实验）学时：24。
学分：4三、适用专业及开设学期适用专业：光伏发电与应用技术专业开设学期：第4学期四、课程的性质、目标和任务新能源电源变换技术是可再生能源领域中占有重要地位的一门学科，它包括太阳能、风能、生物质能、可燃冰、潮流能、潮汐能、波浪能、温差能和盐差能等利用技术。
这些能源的应用研究内容主要是计算各方面自然存在的能量，再通过研究不同机构用其吸收这些能量，将其转换为机械能，带动发电机工作。
它的应用是一门多学科的综合技术，这包括大气环境、海洋环境学、流体力学、机械设计、电工及电控学等。
通过课程学习使学生掌握新能源能利用技术的基本理论与研究方法。
通过学习使学生了解太阳光伏、太阳热能、风能、生物质能、潮汐能、地热能等可再生能源发电及燃料电池发电技术；了解电力系统中的各种储能技术及最新发展，包括超导储能、飞轮储能、电池储能、超级电容及抽水蓄能技术等；了解用于可再生能源的电力变换技术，包括变换拓扑、工作原理及性能分析；以及分布式发电系统和主干系统的相互影响及其运行与控制；了解国内外最新的可再生能源发电应用工程情况等。
五、课程的基本要求通过该课程学习可使学生了解可再生能源的生成、特点及利用方法，使学生基本掌握新能源应用研究的技术手段。
掌握太阳能、风能发电的机理及设备；燃料电池发电的机理；各种储能技术；电力电子功率变换电路；分散电源对大系统的影响分析等。
六、课程教学内容第一章绪论（共2学时）（一）本章教学目的和要求通过本章学习，对本课程所学习的知识有一个初步的了解，掌握课程的学习方法。
要求学生对能源有一个概括的认识。
（二）教学内容第1章新能源发电与控制技术导论1.1能源储备与可持续发展战略1.1.1我国的能源结构与储备1.1.2我国的可持续发展战略1.2能源的分类与基本特征1.2.1能源的分类1.2.2能源的基本特征1.2.3新能源及主要特征1.2.4分布式能源及主要特征1.3新能源发电——能源转换的重要形式1.3.1新能源发电技术的应用1.3.2我国新能源发电的现状1.3.3新能源发电及电源变换的主要形式1.4新能源发电与控制技术的经济意义1.4.1能源是经济发展的引擎1.4.2新能源发电的经济意义本章小结（三）重点与难点重点：1.能源的基本分类难点：1.新能源的开发及发展趋势第2章电源变换和控制技术基础知识（6学时）（一）本章教学目的和要求通过本章学习，对本课程所学习的知识有一个初步的了解，掌握常用电力电子器件的基本知识、使用方法。
电力电子在光伏发电系统中的应用介绍PPT文档共35页
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
பைடு நூலகம்
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
电力电子在光伏发电系统中的应用介绍 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
第6章光伏发电系统中电力电子变换电路及其控制
Lmin
VoVI max Ts
2Iocrit Vo VImax
一、DC-DC变换器
3.2 Buck-Boost变换器的小信号建模
稳态工作点
一、DC-DC变换器
建模思路(和BUCK电路一致)： PMW开关模型→非线性状态平均模型→线性小信号模型
一、DC-DC变换器
实际电路
线性等效电路
一、DC-DC变换器
Buck-Boost变换器DCM波形
电感电流不 连续时间
一、DC-DC变换器
3.1.3 临界电感大小
由于CCM的变比只由占空比D决定，通常将Buck-Boost变 换器设计成在5%~10%额定负载以上工作于CCM模式，而低于 5%额定负载时工作于DCM模式。储能电感L的大小对于确定 Buck-Boost变换器的工作模式尤其重要。
电压变比、电流传输比推导 +-
忽略RL，可得：
VI Vap DVap Vo DVap
Ia Ic Io
Ia
DIc
Vo D VI 1 D
Ic
IL
Io 1 D
一、DC-DC变换器
交流等效电路
➢ VI = 0
➢ 稳态量改为摄
动量
一、DC-DC变换器
被控对象的开环传递函数的推导
稳态工作点：
主要内容
光伏逆变器的分类和构成 光伏逆变器的电路原理 三相并网变换器的基础知识
三相并网变换器数学建模和特性分析 三相并网变换器的关键技术
光伏发电系统的孤岛效应和孤岛检测方法
§1 光伏逆变器的分类和构成
1.1 光伏逆变器的分类
逆变器的分类
输出波形 运行方式 输出交流电相数 功率流动方向
方波逆变器 离网逆变器 阶梯波逆变器 并网逆变器 正弦波逆变器
第六章电力电子技术(DCAC)
6.3.1 单相电流型逆变电路 晶闸管组成的单相桥式电流型逆变电路
VT1~VT4组成逆变电路的四个桥臂，大电感串 联于直流电源的输出端，因此直流回路电流Id基本 不变。R、L为逆变器的负载，电容C是并联在负载 两端的补偿电容器，与L、R组成并联谐振电路。电 容C处于过补偿状态，使并联谐振回路的电流超前 于电压u0一个角度θ，即R、L、C呈容性，θ的大 小取决于电容的补偿程度。 在VT1、VT3导通时有正向电流自A流向B，在 VT2、VT4导通时有反向电流自B流向A , A B 间的 电流是方波型的交流电。
② U相高的中间60°、 V相低的后60 °和W 相低的前60 °， K1、K2、K6导通 相对于N点， U相上的电压 为2/3 Ud ， V相 和W相上的电压 为-1/3 Ud 。
③U相高的后60°、 V相高的前60 °和W相 低的中间60 °， K1、K2、K3导通
相对于N点， U相和V相上的 电压为1/3 Ud ， W相上的电压 为-2/3 Ud 。
同一时刻，总有两个晶闸管导通，它们分别属于上 桥臂组和下桥臂组，电动机三相电流为交流方波， 其频率取决于VT1 ~ VT6的循环工作周期，电流的 大小通过整流电路中晶闸管的触发角来调节。各桥 臂的换流主要利用换流电容C1~C6 组成的辅助电路 完成。 现以VT1和VT3的换流过程来说明。在VT3导通 之前，导通的两个晶闸管为VT1和VT2 ，在VT1 、 VT3阴极之间的电容为C5与C3串联后再与C1并联， 用C13表示，其极性为左正右负。在t1时刻，给VT3 触发脉冲，则VT3导通，电容C13两端的电压作用在 VT1两端， VT1因受反压而关断。电流Id从VT1换到 VT3上。因电流Id恒定，C13处于恒流放电状态。
3、推挽式单相逆变电路 电路结构与单相全波可控整流电路相同。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CCM
（3）改进电路拓扑结构
了解
Flyback Power Converter； （4）Flyback Converter设计 了解
一、DC-DC变换器
Buck-Boost 变换器简介 Voltage Step-Up/Step-Down Opposite Polarity Nonisolated Input/Output
一、DC-DC变换器
3.1.1 CCM分析 + +
+ -
+ -
一、DC-DC变换器
3.1.1 CCM分析
稳态关系式推导 （注意物理过程的分析）
Buck-Boost变换器CCM波形 从状态平均模型
很容易得出：
VI D Vo 1 D
一、DC-DC变换器
3.1.2 DCM分析 当负载电流减小到临界电流之下出现DCM 临界条件
方波逆变器
离网逆变器
单相逆变器
三相逆变器
单向逆变器
双向逆变器
阶梯波逆变器 并网逆变器 正弦波逆变器
§1 光伏逆变器的分类和构成
1.2 光伏逆变器的电路构成
2. 实现MPPT；
PV 阵列
DC-DC 变换器
并网逆 变器
电网
一、DC-DC变换器
§1. Buck 变换器 （1）变换器稳态分析
SLVA057
掌握
① CCM；② DCM；③ 临界电感； （2）小信号建模 掌握 了解
CCM
（3）改进电路拓扑结构
① Synchronous-Buck；② Forward Converter；
一、DC-DC变换器
§2. Boost 变换器
SLVA061
（1）变换器稳态分析 掌握 ① CCM；② DCM；③ 临界电感； （2）小信号建模
掌握
CCM
一、DC-DC变换器
Boost 变换器简介 Voltage Step-Up Nonisolated Input/Output
Boost变换器主电路
第6章 光伏发电系统中电力电子变换电路
及其控制
DC-DC变换器分析和控制 Buck变换器 Boost变换器
Buck-Boost变换 逆变器——三相并网逆变器
基本特性 关键技术
一、DC-DC变换器
光伏系统中DC-DC变换器的作用： 1. 实现光伏电池和负载之间的电压匹配；
（降压、升压、升降压）
交流等效电路 VI = 0 稳态量改为摄
动量
iˆ c
ˆo v
ˆa i
一、DC-DC变换器
被控对象的开环传递函数的推导 稳态工作点：
一、DC-DC变换器
§3. Buck-Boost变换器 （1）变换器稳态分析 掌握
SLVA059A
① CCM；② DCM；③ 临界电感； （2）小信号建模 掌握
稳态量（DC） 变化量（AC）
一、DC-DC变换器
非线性状态平均模型
线性小信号模型
一、DC-DC变换器
实际电路
线性等效电路
一、DC-DC变换器
小信号模型的分析
线性等效电路
稳态分析（DC Analysis）→ 稳态电压变比、电流传输比
动态分析（AC Analysis）→ 开环动态电压放大倍数、开环
DCM
一、DC-DC变换器
3.1.2 DCM分析 稳态关系式推导
CCM和DCM的主要区别：
当Buck-Boost电路工作于CCM时，变换器电压变比M只与占空 比D有关；而当工作于 DCM时，电压变比M是占空比D、储能 电感L、开关频率、负载电阻R的函数。
Buck-Boost变换器DCM波形
电感电流不 连续时间
动态输入阻抗、开环动态输出阻抗、被控对象开环传递函数
一、DC-DC变换器
直流等效电路
ˆ =0 d
L短路、C开路
一、DC-DC变换器
电压变比、电流传输比推导
Vo DVI
I I I a DI o
一、DC-DC变换器
交流等效电路 VI = 0
稳态量改为摄
动量
一、DC-DC变换器
一、DC-DC变换器
2.1.2 DCM分析 稳态关系式推导
CCM和DCM的主要区别：
当 Boost 电路工作于 CCM 时，变换器电压变比 M 只与占空比 D 有关；而当工作于DCM时，电压变比M是占空比D、储能电感 L、开关频率、负载电阻R的函数。
Boost变换器DCM波形
电感电流不 连续时间
一、DC-DC变换器
2.1 Boost 变换器稳态分析 两种工作模式： ① 连续电感电流模式CCM
稳态工作时，流过储能电感的电流在整个开关周期内维持
连续。 ② 不连续电感电流模式DCM 稳态工作时，流过储能电感的电流在开关周期的一部分时 间内为零，电感电流从零上升到最大值，再从最大值下降到零。
一、DC-DC变换器
动态分析（AC Analysis）→ 开环动态电压放大倍数、开环
动态输入阻抗、开环动态输出阻抗、被控对象开环传递函数
一、DC-DC变换器
直流等效电路
ˆ =0 d
L短路、C开路
一、DC-DC变换器
电压变比、电流传输比推导
VI Vo 1 D
Io IL Ic 1 D
一、DC-DC变换器
、频率、波形等相
一致，以满足为各 种交流用电装置、 设备供电及并网发 电的需要。
主要内容
光伏逆变器的分类和构成
光伏逆变器的电路原理 三相并网变换器的基础知识 三相并网变换器数学建模和特性分析 三相并网变换器的关键技术
光伏发电系统的孤岛效应和孤岛检测方法
§1 光伏逆变器的分类和构成
1.1 光伏逆变器的分类 逆变器的分类 输出波形 运行方式 输出交流电相数 功率流动方向
被控对象的开环传递函数的推导
一、DC-DC变换器
1.3 Buck变换器的改进拓扑 同步Buck变换器（Synchronous Buck Converter）
思考题：
有何优势（两点）？控 制上应注意什么问题？
一、DC-DC变换器
正激变换器（Forward Converter）
思考题： 有何优势（三点）？如 何进一步提高效率？
2.2 Boost变换器的小信号建模
稳态工作点
一、DC-DC变换器
建模思路(和BUCK电路一致)： PMW开关模型→非线性状态平均模型→线性小信号模型
一、DC-DC变换器
实际电路
线性等效电路
一、DC-DC变换器
小信号模型的分析
线性等效电路
稳态分析（DC Analysis）→ 稳态电压变比、电流传输比
工作模式尤其重要。
一、DC-DC变换器
1.2 Buck变换器的小信号建模
思 考题：什么是小信 号 模型 ？ 为什么要用
小信号模型？
难点：被控对象（Buck变换器）的建模
一、DC-DC变换器
1.2 Buck变换器的小信号建模 思路：首先将变换器中的非线性元件Q1、CR1线性化，推 导线性化等效电路，然后由线性化等效电路建立小信号模型。
Buck变换器DCM波形
电感电流不 连续时间
一、DC-DC变换器
1.1.3 临界电感大小 由 于 CCM 的 变 比 恒 定 ， 通 常 将 Buck 变 换 器 设 计 成 在 5%~10% 额定负载以上工作于 CCM 模式，而低于 5% 额定负载
时工作于DCM模式。滤波电感L的大小对于确定Buck变换器的
线性化方法：状态平均法，即用一个开关周期内的 平均值代替瞬时值。 状态平均法适用的条件：开关频率 fs 远大于滤波器 的截止频率 fc
一、DC-DC变换器
CCM时的小信号建模
求平均值
一、DC-DC变换器
一、DC-DC变换器
引入摄动量 大信号非线性模型
ˆ d D d ˆa ic I c i ˆc ia I a i ˆ ˆ Vcp Vcp vcp Vap Vap vap
一、DC-DC变换器
3.1.3 临界电感大小 由于CCM的变比只由占空比 D决定，通常将Buck-Boost变 换器设计成在5%~10%额定负载以上工作于CCM模式，而低于
5% 额定负载时工作于 DCM 模式。 储能电感 L 的大小对于确定
Buck-Boost变换器的工作模式尤其重要。
Lmin
线性等效电路
一、DC-DC变换器
小信号模型的分析
线性等效电路
稳态分析（DC Analysis）→ 稳态电压变比、电流传输比
动态分析（AC Analysis）→ 开环动态电压放大倍数、开环
动态输入阻抗、开环动态输出阻抗、被控对象开环传递函数
一、DC-DC变换器
直流等效电路
ˆ =0 d
L短路、C开路
动量
一、DC-DC变换器
被控对象的开环传递函数的推导
稳态工作点：
一、DC-DC变换器
3.3 Buck-Boost变换器的改进——反激变换器
思考题： 有何优势（五点）？反
激变换器的磁性元件和
正激变换器的磁性元件 有什么区别？
一、DC-DC变换器
3.4 Flyback Converter的设计
TI 公司的技术文档：Application Note (AN-16、AN-17、AN-18、AN-19)
Buck变换器CCM波形 状态平均模型
（条件：开关频
率远远大于输出 滤波器的截止频 率） VO=DVI
一、DC-DC变换器
1.1.2 DCM分析 临界条件
DCM
一、DC-DC变换器
1.1.2 DCM分析 稳态关系式推导