[发明专利]一种用于非反相Buck-Boost变换器的无扰控制方法

说明书

本发明提供了一种用于非反相Buck‑Boost变换器的无扰控制方法，包括建立NIBB变换器平均值数学模型，基于NIBB平均模型，引入等效占空比，对NIBB平均模型根据单位电压进行归一化处理，定义不连续性指数DI，对过渡模式的动态性能进行量化分析，得到最小DI的改进型Buck/Boost模式，运用电流前馈补偿，改进传统无扰控制的控制逻辑，在模式切换发生前对电感电流进行补偿。本发明评价模式过渡的动态性能，指导NIBB过渡模式的设计，结合改进Buck/Boost模式与前馈无扰控制，提出NIBB的综合无扰控制方法，实现了NIBB变换器的输出无扰动，改善变换器输出特性。

技术领域

本申请涉及新能源发电领域与电力电子变换器控制领域，尤其涉及到一种用于非反相Buck-Boost变换器的无扰控制方法，用于多模式DC-DC变换器电路的运行控制。

背景技术

作为新能源发电系统中重要的组成部分，以光伏为代表的可再生能源和以电池为代表的储能设备，其输出电压随工作条件的变化在一定范围内波动。因此，对于与可再生能源及储能设备接口DC-DC变换器，需要具备宽输入电压范围内的电压调节能力。传统DC-DC变换器(如Buck变换器、Boost变换器等)均为单输入控制系统，在宽电压输入场景下，占空比将会在较大幅度内发生变化，导致难以对变换器运行性能进行全范围优化。

采用非反相Buck-Boost变换器(Non-inverting Buck-Boost converter,NIBB)，可满足宽电压输入范围的需求。NIBB变换器的拓扑结构如图1所示。该变换器具有结构简单、转换效率高的特点。当输入电压在宽工作范围内变化时，NIBB可在多个模式下工作：在Buck模式下，S₂始终导通，S₁和S₃在每周期切换工作；Boost模式下，S₁始终导通，S₂和S₄在每周期切换工作。

为说明NIBB性能特点，该变换器平均值数学模型可表示为：

其中L、C、R_eq分别NIBB变换器的电感、电流与等效负载电阻，v_i、v_o分别是NIBB的输入电压与输出电压，i_L是NIBB的电感电流，d₁、d₂分别是S₁、S₂的占空比。根据式(1)，令微分项为0，可得稳态变压比：

其中D₁、D₂分别是S₁和S₂的稳态占空比。

Buck模式下，D₂＝1，D₁在[0,1]区间变化，对应于稳态变压比在[0,1]区间变化，变换器工作在降压模式。Boost模式下，D₂＝1，D₁在[0,1]区间变化，对应于稳态变压比在[1,+∞]区间内变化，变换器工作在升压运行模式。为使NIBB充分发挥多模式运行、灵活性强的优势，需要针对不同工作模式，对NIBB的控制器分别进行设计。NIBB的工作原理示意图如图2所示。当输入电压v_i发生变化时，NIBB在不同工作模式间切换工作，控制量有时为d₁，有时为d₂，有时d₁、d₂同时作为控制量，这就意味着系统开环动态特性发生变化。由于每个工作模式都有其对应的动态特性和数学模型描述。工作模式切换时，变换器模型随之发生变化，闭环控制器亦随之改变。