Boost變換器阻抗特性及其穩定性分析
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2．2 Boost變換器輸出阻抗特性及穩定性分析
2．2．1 Boost變換器輸出阻抗特性
圖5示出光伏發電單元的Zo和Zc曲線。可見，在低頻范圍內Zo隨著頻率的增加，其幅值減小，并且呈容性，當頻率趨于零時，幅值趨于+∞；中頻范圍內，幅值不斷減小，直至為零，相角為-90°，輸出阻抗仍呈容性；高頻范圍內，即諧振頻率附近，Zo幅值從零突增到150 Ω后又降為零，相角從-90°升為90°后又降為-90°，阻抗從容性變為感性后，又變為容性，因此對光伏發電單元的穩定性有極大影響。增加閉環控制后Zc在低頻范圍內幅值被抑制到35 Ω，中頻范圍內將幅值保持在0．2 Ω，相角穩定到180°，但在高頻范圍內，閉環控制并未消除Zc在諧振頻率處的幅值尖峰，而且還產生了兩個諧振頻率，增大了與負載輸入阻抗產生交點的概率，更容易導致光伏發電單元不穩定。本文引用地址：http://www.104case.com/article/175819.htm
2．2．2 光伏發電單元穩定性分析
圖6為帶載的光伏發電單元，Lc，Cc為線路的等效電感和電容，RLc為等效電感的串聯電阻，R為純電阻負載，Zs為變換器的輸出阻抗，ZL為負載的輸入阻抗。利用阻抗比判據對圖6的光伏發電單元進行穩定性分析。根據圖6可知：
式中：Cci為線路寄生電容，i=1，2。
當線路寄生電容值為30μF時，Zs／ZL的Nyquist曲線在阻抗比禁止區以內，如圖7a所示。通過圖7b可見，Zs，ZL在高頻段內有交點，按照阻抗比判據的規則，光伏發電單元是不穩定的。
當線路電容值為10μF時，Zs／ZL的Nyquist曲線在禁止區外，如圖8a所示。通過圖8b的波特圖也可見，Zs和ZL在整個頻率范圍內均無交點，按照阻抗比判據的規則，光伏發電單元穩定。
3 實驗數據及結果
按照圖6所給的光伏發電單元結構圖構建了實驗樣機，光伏電池用直流電壓源代替，主要參數：額定電流為1．85 A，額定電壓為24 V；Boost變換器的主要參數：L=7．4 mH，C=620μF，穩壓電容Cpv=100μF，輸出電壓Uo=40 V；負載參數：Lc=10μH，R=68 Ω，其中Cc1=30μF，Cc2=10μF；選取045N10N型MOSFET，工作頻率為10 kHz。
圖9a為Boost變換器在穩態工作時電感電流與驅動電壓的波形。可見，變換器在上述實驗條件下的電感電流是連續的，平均電流值為1．27 A，占空比為45％。圖9b為不同寄生電容參數下變換器的輸出電壓波形。可見，當寄生電容為Cc2時，Boost變換器的輸出電壓為40 V，光伏發電單元是穩定的；當寄生電容變為Cc1時，Boost變換器的輸出電壓產生等幅振蕩，光伏發電單元不穩定，與理論分析過程一致。
4 結論
建立了適用于光伏發電單元的Boost變換器小信號模型，得到光伏發電單元在下垂控制下的閉環輸出阻抗。可見，下垂控制能夠在低頻和中頻范圍內有效地抑制變換器輸出阻抗的幅值，保證光伏發電單元穩定運行；但在高頻范圍內，下垂控制會導致變換器輸出阻抗產生兩個諧振頻率，增強了光伏發電單元的不穩定因素，但相比開環阻抗，下垂控制在一定程度上抑制了阻抗幅值，減小了光伏發電單元輸出阻抗與負載輸入阻抗產生交點的概率；最后根據阻抗比禁區判據可知，線路參數對光伏發電單元的穩定性有著重要影響，可能直接導致光伏發電單元不穩定。
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