反激式微型光伏逆變器的研究

【摘要】：隨著傳統能源的枯竭,環(huán)境污染的加劇,可再生能源受到越來越廣泛的關注。太陽能是分布最為廣泛的可再生能源,光伏發(fā)電是一種常用的太陽能利用方式,并網型光伏發(fā)電是最常用的光伏發(fā)電形式。針對原有并網型光伏發(fā)電系統存在的功率損耗、局部陰影覆蓋造成熱點等缺點,近年來出現了一種將單個光伏電池板與單個電力電子器件集成的新型并網型光伏發(fā)電系統——微型光伏逆變器。 微型光伏逆變器采用模塊化設計,每個模塊都有自己的MPPT,可以最大限度的跟蹤最大功率,減小功率損耗并消除局部陰影的影響。微型光伏逆變器模塊即插即用,可以廣泛應用于各種中小功率光伏發(fā)電領域。微型光伏逆變器具有輸入電壓低、輸出電壓高和功率等級低等特點,因而對其提出了功率密度高、轉換效率高、可靠性高和成本低等設計要求。本文研究設計了一種采用交錯并聯拓撲和有源鉗位電路的反激式微型光伏逆變器,全文所做的工作如下。 首先,在研究微型光伏逆變器常用拓撲的基礎上,采用了反激式的拓撲結構,并對反激變換器不同工作模式進行研究；為了減小輸出電流THD并提高變換器的功率等級,前級采用了一種雙路交錯并聯的拓撲結構并分析了其工作過程；為了吸收高頻變壓器漏感能量并實現主開關管的零電壓開通,采用了一種有源鉗位的拓撲結構,對鉗位電路的原理和工作模式進行研究。然后,研究了微型光伏逆變器的最大功率跟蹤控制策略,選擇擾動觀察法為MPPT方式；采用包括MPPT環(huán)、電壓環(huán)、電流環(huán)和均流環(huán)的系統控制策略；分析了并網電流控制策略,設計了合適的PI調節(jié)器。再次,依據微型光伏逆變器的工作特性和設計要求,對高頻變壓器、解耦電容、濾波電路和有源鉗位電路進行了設計,并依據電壓電流應力選擇了功率開關器件；根據設計參數,在PSIM中搭建了交錯并聯有源鉗位反激式微型光伏逆變器的主電路和控制電路模型,通過仿真驗證了設計合理性。最后,利用DXP,進行了微型光伏逆變器主電路板和傳感器板的硬件設計,繪制了原理圖和PCB板；選用TMS320F28335作為控制芯片,完成了系統主程序和ADC、CAP等子程序的軟件設計；搭建了115W微型光伏逆變器的實驗平臺。 本文通過對微型光伏逆變器的研究、設計、仿真和實驗,給出了微型光伏逆變器的系統設計方法,驗證了采用交錯并聯拓撲和有源鉗位電路的有效性,能夠為以后微型光伏逆變器的進一步研究做一定的參考。 【關鍵詞】：微型光伏逆變器 反激變換器 交錯并聯 有源鉗位 MPPT
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 符號說明13-14
• 第1章 緒論14-26
• 1.1 研究背景14-15
• 1.1.1 傳統能源與可再生能源14
• 1.1.2 光伏發(fā)電14-15
• 1.1.3 中國光伏發(fā)電前景15
• 1.2 微型光伏逆變器的背景15-18
• 1.2.1 傳統光伏發(fā)電分類15-16
• 1.2.2 并網型光伏發(fā)電系統結構16-17
• 1.2.3 微型光伏逆變器的結構17-18
• 1.2.4 微型光伏逆變器的發(fā)展18
• 1.3 微型光伏逆變器的技術18-24
• 1.3.1 微型光伏逆變器的特點與設計要求18-19
• 1.3.2 微型光伏逆變器的拓撲19-23
• 1.3.3 微型光伏逆變器的控制23-24
• 1.4 本文主要內容24-26
• 第2章 微型光伏逆變器的工作原理26-38
• 2.1 微型光伏逆變器的拓撲結構26
• 2.2 反激變換器工作模式26-31
• 2.2.1 反激變換器電流連續(xù)模式(CCM)27-28
• 2.2.2 反激變換器電流斷續(xù)模式(DCM)28-29
• 2.2.3 反激變換器電流臨界連續(xù)模式(BCM)29-30
• 2.2.4 反激變換器DCM模式和CCM模式的比較30-31
• 2.2.5 電流斷續(xù)模式(DCM)工作條件31
• 2.3 雙路交錯并聯反激變換器31-35
• 2.3.1 反激變換器DCM模式和CCM模式的電流應力分析31-33
• 2.3.2 雙路交錯并聯反激變換器的工作過程33-35
• 2.4 有源鉗位電路的工作原理35-37
• 2.5 本章小結37-38
• 第3章 微型光伏逆變器的控制38-48
• 3.1 光伏電池的最大功率跟蹤控制38-42
• 3.1.1 光伏電池特性38-40
• 3.1.2 最大功率跟蹤控制(MPPT)40-42
• 3.2 系統控制策略42-43
• 3.3 并網電流控制43-46
• 3.3.1 電流內環(huán)PI控制43-46
• 3.3.2 電壓外環(huán)PI控制46
• 3.4 本章小結46-48
• 第4章 微型光伏逆變器的參數設計及仿真分析48-66
• 4.1 微型光伏逆變器的參數設計48-56
• 4.1.1 高頻變壓器設計48-53
• 4.1.2 功率開關器件選擇53-54
• 4.1.3 輸入端解耦電容設計54
• 4.1.4 反激輸出濾波電容設計54
• 4.1.5 并網側濾波電感設計54-55
• 4.1.6 有源鉗位電路設計55-56
• 4.2 微型光伏逆變器的仿真分析56-64
• 4.2.1 反激變換器工作波形57-58
• 4.2.2 微型光伏逆變器MPPT仿真58-61
• 4.2.3 微型光伏逆變器并網電流仿真61-62
• 4.2.4 反激變換器有源鉗位仿真62-64
• 4.2.5 微型光伏逆變器均流環(huán)仿真64
• 4.3 本章小結64-66
• 第5章 微型光伏逆變器的軟硬件設計和實驗66-80
• 5.1 微型光伏逆變器的硬件設計66-75
• 5.1.1 微型光伏逆變器主電路設計66-67
• 5.1.2 隔離電路設計67-68
• 5.1.3 微型光伏逆變器傳感器設計68-74
• 5.1.4 輔助電源設計74-75
• 5.2 微型光伏逆變器的軟件設計75-78
• 5.2.1 主程序76
• 5.2.2 子程序76-78
• 5.3 微型光伏逆變器的實驗78-79
• 5.4 本章小結79-80
• 第6章 總結與展望80-82
• 6.1 總結80-81
• 6.2 展望81-82
• 參考文獻82-86
• 致謝86-88
• 攻讀碩士期間所發(fā)表的論文及參與的項目88-89
• 學位論文評閱及答辯情況表89

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