微型光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計及優(yōu)化策略的研究

【摘要】：作為一種清潔無污染的能源,太陽能光伏的發(fā)展獲得全球越來越多的關(guān)注,太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的研究已經(jīng)廣泛展開。本文詳細論述了光伏并網(wǎng)微逆變器研究的意義和優(yōu)點,以及它的關(guān)鍵技術(shù)。緊接著介紹了微型逆變器的各個組成部分,簡明扼要的說明了下幾種常見的DC/DC變換拓撲結(jié)構(gòu),確定了交錯反激式轉(zhuǎn)換器作為本論文所采用的拓撲結(jié)構(gòu)和整體框架。最后給出了本文所采用的微型逆變器主電路以及其他各個模塊電路的設(shè)計?？刂撇呗苑矫?本文對整個控制架構(gòu)進行了模塊劃分,采用狀態(tài)機來確定系統(tǒng)的工作模式,并且詳細闡述了該狀態(tài)機的工作機理；同時確定采用干擾觀測法作為最大功率跟蹤控制結(jié)構(gòu)；電流控制是微型逆變器控制系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié),本文就控制目標(biāo),一般的控制方式作了詳細的闡述,通過對比,選擇了平均電流模式作為本文的總體控制策略。并且給出了幾個關(guān)鍵模塊的控制機理,最后還建立了該控制結(jié)構(gòu)的matlab simulink模型,并作了系統(tǒng)仿真,追蹤效果明顯。在系統(tǒng)優(yōu)化方面,首先本文分析了傳統(tǒng)電導(dǎo)增量法實現(xiàn)最大功率點跟蹤的利與弊,并在此基礎(chǔ)上提出了一種改進的電導(dǎo)增量法的算法,并加入了變步長的環(huán)節(jié),最后使用FPGA實現(xiàn)了基于這種算法的一種純數(shù)字化的太陽能MPPT控制的電路結(jié)構(gòu)。改進的控制算法使系統(tǒng)的輸出功率精度提高了10.14%,理論與實際測量相符合,系統(tǒng)設(shè)計基本達到了設(shè)計要求；在介紹基于微型逆變器的太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的原理及利弊的基礎(chǔ)上,本文提出了一種基于該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新思路,根據(jù)輸入功率的大小來決定太陽能電池板組跟光伏微逆變器組的連接方式。與現(xiàn)有技術(shù)相比較,本文提供的技術(shù)方案能夠大大提高太陽能光伏系統(tǒng)的工作電壓范圍以及使微逆變器工作在高轉(zhuǎn)換效率的時間也得以增大不少。具有重要的實際應(yīng)用意義。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)系統(tǒng) 微型逆變器 平均電流模式 MPPT FPGA 電導(dǎo)增量法 太陽能電池板接入方式選擇器
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM615;TM464
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 世界能源形勢10-11
• 1.2 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)介紹11-14
• 1.2.1 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概述11-13
• 1.2.2 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢13-14
• 1.3 逆變器的趨勢--微型逆變器14-18
• 1.3.1 微型逆變器的研究意義14-15
• 1.3.2 微型光伏并網(wǎng)逆變器的特點15
• 1.3.3 微逆變器的關(guān)鍵性技術(shù)15-17
• 1.3.4 微逆變器的發(fā)展現(xiàn)狀17-18
• 1.4 課題來源18-19
• 1.5 論文主要工作和組織結(jié)構(gòu)19-21
• 第二章 微型逆變器的硬件系統(tǒng)設(shè)計21-42
• 2.1 微型逆變器的總體設(shè)計框圖21-22
• 2.2 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求22
• 2.3 交錯反激的微型逆變器整體框架及信號水平22-24
• 2.4 DC/DC變換器的拓撲選擇24-30
• 2.4.1 降壓(buck)轉(zhuǎn)換器25-26
• 2.4.2 升壓(boost)轉(zhuǎn)換器26-28
• 2.4.3 反激式DC/DC變換電路28-30
• 2.5 微型逆變器主電路設(shè)計30-34
• 2.5.1 交錯反激型DC/DC變換器30-31
• 2.5.2 設(shè)計規(guī)格31-32
• 2.5.3 反激MOSFET32-33
• 2.5.4 交錯反激型DC/DC變換器電路仿真33-34
• 2.6 其他電路模塊的設(shè)計34-42
• 2.6.1 SCR全橋電路設(shè)計34-36
• 2.6.2 電壓和電流采樣電路設(shè)計36-39
• 2.6.3 驅(qū)動電路設(shè)計39-42
• 第三章 微型逆變器控制技術(shù)42-64
• 3.1 微型逆變器控制策略的分析42-43
• 3.2 系統(tǒng)控制狀態(tài)機43-45
• 3.3 光伏電池最大功率跟蹤控制結(jié)構(gòu)45-54
• 3.3.1 光伏電池原理與特性45-48
• 3.3.2 功率點跟蹤控制(MPPT)48-53
• 3.3.3 采用的MPPT算法53-54
• 3.4 微型逆變器并網(wǎng)電流控制的選擇54-61
• 3.4.1 控制目標(biāo)54
• 3.4.2 控制方式54-58
• 3.4.3 本文的總體控制策略58
• 3.4.4 具體控制環(huán)58-61
• 3.5 仿真及結(jié)果分析61-64
• 第四章 基于微型逆變器的光伏系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計64-78
• 4.1 MPPT算法的優(yōu)化及FPGA實現(xiàn)64-70
• 4.1.1 傳統(tǒng)的電導(dǎo)增量法64-67
• 4.1.2 電導(dǎo)增量法算法的優(yōu)化67-68
• 4.1.3 MPPT模塊FPGA的實現(xiàn)68-69
• 4.1.4 實驗結(jié)果及分析69-70
• 4.2 基于太陽能電池板接入方式選擇器的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)70-78
• 4.2.1 基于微型逆變器的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)70-71
• 4.2.2 基于太陽能電池板接入方式選擇器的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)71-74
• 4.2.3 控制策略74-76
• 4.2.4 結(jié)論76-78
• 第五章 工作總結(jié)與展望78-80
• 5.1 結(jié)論78-79
• 5.2 展望79-80
• 碩士期間主要成果80-81
• 參考文獻81-83
• 致謝83-84

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