光伏發電系統中Boost型DC-DC變換器控制性能優化研究

［關鍵詞］Boost 型變換器；超螺旋算法；干擾觀測器；復合控制器

［中圖分類號］TM615 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）11–0148–03

隨著煤、石油和天然氣等燃料的日益短缺以及環境問題的日益顯著，近年來光伏發電技術得以迅速發展[1–2]。目前，光伏發電系統越來越廣泛地應用于家用供電、光伏電站等領域[3–4]。光伏發電系統中，Boost 型DC-DC 變換器是儲能裝置中的核心部件，其控制性能關乎系統是否能夠安全、穩定運行。因此，提高Boost 型DC-DC 變換器控制性能對光伏發電技術的發展有著非常重要的意義。

滑模控制憑借其結構簡單和設計方便等優點[5]，被廣泛地應用于Boost 型DC-DC變換器控制系統中，但由于滑模控制自身存在抖振和漸近收斂等特性，使得在滑模控制作用下的Boost 型DC-DC變換器控制系統存在嚴重的抖振且收斂速度較慢。抑制滑模抖振問題的方法大致可分為兩類，一類是以邊界層或飽和函數取代sign 函數，另一類是采用高階滑模控制。其中，超螺旋算法是高階滑模控制方法中應用最為廣泛的方法。針對光伏發電系統中的Boost 型DC-DC變換器控制，文章采用電壓外環和電流內環的雙閉環控制結構，提出一種基于超螺旋算法的復合控制方案。利用Matlab 軟件中的Simulink 工具箱構建仿真模型，檢驗文章所提出的控制策略的有效性。與雙閉環PI控制方法相比，文章所提出的復合控制方案具有更優的控制性能。

輸出電壓波形如圖1 所示，輸出電壓波形（圖1）細節放大如圖2 所示。由圖1 可以清楚地看出，文章所提出的復合控制策略相比于雙閉環PI 控制器可使得Boost 型DC-DC 變換器控制系統有更快的響應速度和更少的調節時間。

根據表1 和圖2 可知，當存在負載擾動時，文章所提出的復合控制方案使得系統有著更快的動態恢復特性以及更強的抗干擾性能。因此，相比于雙閉環PI 控制算法，在文章所設計的控制器作用下，Boost 型DC-DC 變換器控制系統具有更優的控制性能。

4結束語

文章針對光伏發電系統中的Boost 型DC-DC變換器提出了一種基于超螺旋算法的復合控制方法，采用電壓外環和電流內環的雙閉環控制結構。該控制策略可實現對存在負載變化的Boost 型DC-DC 變換器系統的有效控制。電壓內環基于超螺旋算法設計了魯棒性強的滑模控制器。電壓外環通過觀測器快速準確估計出擾動，再基于PI 控制器設計一種復合控制器，該控制策略使得系統具有強抗干擾性能，同時改善了系統的控制性能。最后，使用MATLAB/ Simulink 搭建仿真模型，驗證了文章所提出的控制方法相比于雙環PI 控制算法可使得Boost 型DC-DC 變換器系統具有更快的響應速度和更高的控制精度。