摘要
化石燃料的大量使用，已经给全球带来了严峻的环境问题，温室效应导致海平面逐年上升，极地冰川的融化等，如此持续下去，必然会危及人类的生存和发展。在我国提出“双碳”目标的大背景下，清洁能源发电的装机容量逐年提高，清洁能源在能源使用总量中的占比逐年提升。因此与清洁能源相关的技术受到了世界各国学者的关注，其中，面向可再生能源光伏发电系统的直流高电压增益变换器成为了学界一个重要的研究方向。 由于光伏面板输出电压较低，普遍在50V以下，但是逆变器需要的母线电压在380～800V之间，因此在光伏面板的输出与逆变器之间需要高电压增益变换器进行连接，传统的Boost变换器已经不能很好的适应现阶段的高升压比的需求，甚至有可能会带来许多的问题和缺陷。为了解决传统的变换器升压能力有限的问题,本文融合了现有的升压技术的优点，提出了准Z源软开关变换器(QuasiZ-SourceSoftSwitchingConverter,QZSSC),这一变换器是在传统的准Z源框架的基础上，使用开关管替换原有的二极管，并结合耦合电感与开关电容升压技术，提升电路的整体升压能力，通过耦合电感的合理设计，使两个开关管均实现零电压开关(ZeroVoltageSwitch,ZVS)导通，避免了开关管在导通过程的损耗。在替换开关的同时,将原本的无源钳位回路转换为有源钳位回路，在开关管关断时提供了容性钳位结构，避免了因为漏感和寄生电感引起的开关管电压尖峰的问题。引入耦合电感的同时增加了电路输出电压的调节维度，不仅仅受限于占空比的调节，使得输出电压的调节更加方便灵活。 本文首先介绍了变换器的构造思路，阐述了变换器构造的理论依据，在提出QZSSC之后，针对这一具体的变换器进行了详细的理论分析。进行了电路拓扑的稳态性能分析，研究了变换器在CCM的状态下一个周期内各个模态的运行机理以及能量的转移关系，进一步地推导了器件的电压应力和电流应力，同时与同类型变换器进行增益和应力的对比。在应力的基础上，分析了寄生参数对于损耗和增益的影响，并分析了实现软开关效果的关键条件，为变换器的实物设计提供了理论上的指导。确定变换器可控是进行控制系统设计的前提，本文利用切换系统理论完成了对QZSSC能控性的分析，随后本文根据QZSSC的小信号模型完成了控制器设计，利用Simulink中模型进行仿真实验并验证控制器效果。 最后，根据稳态分析的应力条件和软开关实现条件，进行了200W实验样机的参数设计。本文进行了QZSSC的开环实验测试，确定了构造变换器的正确性以及所提变换器的可行性，验证了稳态理论分析的正确性。随后进行了闭环控制实验，通过切换输入电压与负载测试了控制器的动态控制效果。相应的实验结果进一步的验证了本文关于应力、效率等的稳态分析和闭环控制的理论的正确性。
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