摘 要： 光伏发电系统中输出电压随光强变化波动较大，为保证正常并网逆变，需要一种高增益的直流变换器将光伏输出电压提升到常规直流母线电压。这里主要研究一种基于Boost拓扑、Flyback拓扑的升压反激式变换器（BFC）在太阳能光伏发电系统的应用。BFC将Boost拓扑与Flyback拓扑输入并联、输出串联，反激拓扑中的初级线圈电感同时作为Boost拓扑的输入电感，变压器的漏感能量得到了利用。仿真结果表明，新型BFC直流变换器应用于光伏发电系统时，具有提高输出电压增益，减小电压纹波，跟踪效果更好等优点。
关键词： 光伏发电； BFC拓扑； 高增益直流变换器； 漏感
中图分类号： TN624?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）16?0145?04
Application of boost?flyback DC converter in photovoltaic generation system
LIU Fang1， LIU Yuyou2， FU Zaixing1
（1. College of Information and Electrical Engineering， Harbin Institute of Technology （Weihai Campus）， Weihai 264209， China；
2. Shandong Changdao Power Company， State Grid， Changdao 265800， China）
Abstract： The output voltage of photovoltaic power generation system changes with light intensity. In order to ensure normal grid?connected inversion， a high?gain DC/DC converter is needed to elevate the PV output voltage to normal level. The application of boost?flyback converter （BFC） based on boost topology and flyback topology in photovoltaic power generation systems is discussed. The BFC puts the inputs of boost topology and fly?back topology in parallel and puts the outputs of them in series. At the same time， the primary coil inductance of flyback topology is used as input inductance of boost topology， by which the leakage inductance of transformer is used fully. Simulation results show when BFC is applied to PV power generation system， BFC has the advantages of elevating the output voltage gain and reduce the voltage ripple， and has better tracking effect.
Keywords： photovoltaic generation； BFC topology； high?gain DC converter； leakage inductance
0 引 言
随着经济的快速发展，全球能源总消耗量日益增大。人们迫切需要寻找到一种可再生、储量大、清洁方便的能源来支撑经济的高速发展，开发和利用太阳能成为热门研究方向。
光电转化是利用光伏电池将太阳辐射能直接转换成电能，且和储能装置、测量控制装置和直流?交流转换装置相配合，构成光伏发电系统[1]。光伏电池输出电压大小随光照强度变化波动较大，最低可至20～30 V。为保证正常并网逆变需要，需要一种具有高增益的直流变换器将光伏电池输出电压提升至常规直流母线电压。本文探究了一种基于Boost拓扑与反激拓扑配合的Boost?Flyback Convertor （BFC） 的工作原理以及在太阳能光伏发电系统中的应用。BFC将Boost拓扑与Flyback拓扑输入并联、输出串联，并采用交错导通技术。其中反激拓扑中的初级线圈电感同时作为Boost拓扑的输入电感，变压器的漏感能量得到了利用，减小了漏感损耗，提高了变换器的转换效率。
1 Boost?Flyback变换器结构及分析
1.1 Boost?Flyback变换器工作原理
Boost电路和Flyback 电路的输入结构相似，将两个拓扑的“输入并，输出串”，就组成了新型的BFC（Boost?Flyback Converter） 拓扑[2]，如图1 所示。变压器的激磁电感和漏感分别为LM和LK，初级线圈电感为LP=LM+LK，变压器原边线圈匝数为Nx，变压器副边线圈的匝数为Ny，且Nx∶Ny=n。反激变换器的输出二极管对应BFC中的D1，与此类似Boost变换器的输出二极管对应DC1 。同时这里提高输出电压增益也可以通过调节变压器匝比和占空比实现。
其工作过程可简单分析如下：开关管导通时，电流通过初级线圈和开关管组成回路，电感LP起到储能作用，同时给开关管寄生电容CDS充电。二极管D1因次级线圈电压相位而处于反相截止状态，DC1处也没有电流通过，电路通过2个输出级电容向负载提供能量；开关管S闭合时，通过次级线圈向负载供能。同时，Uin和初级线圈共同向电容CC和负载提供能量，其工作过程与Boost 电路类似。在该过程中，初级线圈的漏感部分LK中贮存的能量也通过DC1 传输到负载侧，也就是说Boost 电路不仅具有升压功能，同时也能吸收高频变压器中漏感储存的能量，将漏感损耗能量传输到负载侧，提高了变换效率；当开关管断开时，DC1导通，形成UI?线圈?DC1?CC回路，开关管电压被变压器和电容CC钳位，避免了因出现严重的关断尖峰电压而烧坏开关管的情况。采用BFC新型输入输出结构既大幅度提高电压增益，同时减小了输出电容的电压应力。
1.2 电压增益分析
开关管关断后，负载由激磁电感LM（Flyback等效）和漏电感LK（Boost等效）供能。其中：UB为Boost变换器输出电压，UF=UC1+[UC1n]为反激变换器的输出电压。研究可得，对于BFC“输入并，输出串”时的电压增益为：
[UOUI=UF+UBUI=k1+LKLM+1k] （1）
式中k为双路输出的电压增益。
由式（1）可知，对比单一的Boost变换器或反激变换器，新型逆变器的输出电压大幅度增加，漏感和激磁电感的比值对输出电压提高幅度有很大影响，漏感与输出电压幅值成正比，就是说新型BFC变换器，利用变压器的漏感来提高了电压增益，同时解决了反激变换器的漏感问题，一举两得。由此可见，原边开关管电流应力一定时，可以实现更大的输出功率；漏感另一作用是对二极管电流的变化起到限制作用，增强系统
的电磁兼容性。
2 光伏系统中最大功率跟踪的实现
根据文献[3]等效电路建立Matlab/Simulink模型，如图2所示。
光伏组件仿真模型
为实现最大功率跟踪，这里选择电导增量法[4]，根据文献[3] 提供的P?V曲线可知，在最大功率点处存在dP/dV=0，分析可知在最大功率点处有下式成立[5?8]：
[dIdV=-IV] （2）
故可利用式（2）来判定光伏电池是否工作在最大功率点。
在U?I曲线上未达到最大功率点时存在关系：
[dIdV>-IV] （3）
在U?I曲线上超过最大功率点时存在关系：
[dIdV
