光伏微逆變器和優(yōu)化器的研究

【摘要】：隨著全世界范圍內(nèi)能源危機和環(huán)境污染的問題日益突出,可再生能源的利用越來越得到人們的重視,其中,太陽能作為一種新型的綠色可再生能源,具有存儲量大、清潔環(huán)保無污染等優(yōu)點。對于太陽能的利用最重要的技術就是光伏(Photovoltaic, PV)發(fā)電技術,從上世紀80年代中期開始研究和使用光伏發(fā)電系統(tǒng),到如今已經(jīng)形成多種結(jié)構的發(fā)電系統(tǒng)。各種結(jié)構的使用方法不同,發(fā)展趨勢也各不相同。如多支路式結(jié)構、串型結(jié)構和主從結(jié)構適合較大功率的光伏發(fā)電系統(tǒng),而隨著家庭用戶的迅猛增加與光伏建筑一體化(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)技術的快速發(fā)展,小功率的光伏微逆變器(PVMicro Inverter)和光伏優(yōu)化器(Solar Power Optimizer, SPO)越來越受到青睞。 本文主要研究了光伏并網(wǎng)發(fā)電微逆變器。選擇交錯并聯(lián)反激型拓撲,作為單相光伏并網(wǎng)發(fā)電微逆變器的前級電路；采取相應的控制策略,前級可實現(xiàn)最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT),并整流輸出倍頻的正弦饅頭電壓／電流波形。研究的微逆變器后級電路采用傳統(tǒng)的全橋逆變電路,無需復雜的控制,只需在工頻下實現(xiàn)倒向,完成并網(wǎng)發(fā)電。微逆變器系統(tǒng)的控制環(huán)路和傳統(tǒng)并網(wǎng)逆變器的一樣,主要是MPPT環(huán)和電流環(huán),因此系統(tǒng)控制簡單、高效。為了消除交錯并聯(lián)兩路輸入電流的不平衡,設計了輸入電流均衡補償器,從而確保了兩路輸入電流的平衡。 本課題還研究了光伏優(yōu)化器,選取橋式Buck-Boost電路作為光伏優(yōu)化器的主電路,設計了優(yōu)化器主電路的參數(shù)、控制電路的參數(shù)和調(diào)理電路的參數(shù)。 論文中對交錯并聯(lián)反激型并網(wǎng)微逆變器建立了數(shù)學建模,并通過Psim軟件仿真,驗證了數(shù)學模型的正確和設計的可行性。在此基礎上,研制了一臺200W微逆變器實驗樣機,采用MICROCHIP公司的dsPIC33FJ16GS504單片機作為控制CPU,實現(xiàn)了微逆變器系統(tǒng)的全數(shù)字控制。最后的實驗結(jié)果表明,研究的并網(wǎng)微逆變器具有優(yōu)良的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能,實現(xiàn)了小功率模塊化并網(wǎng)發(fā)電。 論文中使用Psim軟件對橋式Buck-Boost電路的光伏優(yōu)化器進行了仿真,驗證其控制策略的可行性。在此基礎上,研制了一臺300W光伏優(yōu)化器樣機,以FREESCALE公司的MC56F8245芯片為控制CPU,實現(xiàn)數(shù)字控制。實驗結(jié)果表明研究的光伏優(yōu)化器具有高效率和高功率密度。 【關鍵詞】：光伏并網(wǎng)發(fā)電 交錯并聯(lián) 微逆變器 光伏優(yōu)化器 數(shù)字控制
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 課題研究的背景與意義10-11
• 1.2 太陽能發(fā)展的現(xiàn)狀與背景11-12
• 1.3 太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構與分類12-19
• 1.4 主要研究內(nèi)容19-20
• 第二章 并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)的工作原理20-28
• 2.1 光伏微逆變器的拓撲研究20-22
• 2.2 交錯并聯(lián)反激型光伏并網(wǎng)微逆變器的工作原理22-24
• 2.3 交錯并聯(lián)反激型并網(wǎng)微逆變器軟開關分析24-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第三章 交錯并聯(lián)反激型并網(wǎng)微逆變器的數(shù)學建模28-32
• 3.1 交錯并聯(lián)反激型并網(wǎng)微逆變器的等效電路28-30
• 3.2 反激型并網(wǎng)微逆變器小信號模型30-31
• 3.3 本章小結(jié)31-32
• 第四章 交錯并聯(lián)反激型并網(wǎng)微逆變器參數(shù)設計32-46
• 4.1 交錯并聯(lián)反激型并網(wǎng)微逆變器的硬件設計32-39
• 4.1.1 解耦電容設計32-33
• 4.1.2 反激高頻開關管的選擇33-34
• 4.1.3 高頻變壓器的設計34-35
• 4.1.4 鉗位電容的設計35-36
• 4.1.5 輸出整流二極管的選擇36-37
• 4.1.6 全橋開關管的選擇37
• 4.1.7 EMI濾波器的設計37-39
• 4.2 交錯并聯(lián)反激型并網(wǎng)微逆變器控制環(huán)路分析39-43
• 4.2.1 數(shù)字鎖相環(huán)39-40
• 4.2.2 交錯并聯(lián)反激型并網(wǎng)微逆變器MPPT控制40
• 4.2.3 電流控制環(huán)控制參數(shù)的設計40-42
• 4.2.4 交錯并聯(lián)電路輸入電流均衡補償器設計42-43
• 4.3 交錯并聯(lián)反激型并網(wǎng)微逆變器的仿真與實驗43-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 第五章 基于橋式BUCK-BOOST光伏優(yōu)化器的研究46-60
• 5.1 具有升/降壓功能的拓撲分析46-47
• 5.2 橋式Buck-Boost光伏優(yōu)化器的工作原理47-50
• 5.3 光伏優(yōu)化器主電路參數(shù)設計50-55
• 5.3.1 光伏優(yōu)化器主電路的硬件設計51-52
• 5.3.2 光伏優(yōu)化器控制電路的設計52-54
• 5.3.3 光伏優(yōu)化器采樣電路的設計54-55
• 5.4 光伏優(yōu)化器的仿真與實驗55-59
• 5.4.1 光伏優(yōu)化器的建模55-56
• 5.4.2 仿真與實驗結(jié)果56-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 第六章 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 總結(jié)60
• 6.2 展望60-62
• 參考文獻62-68
• 致謝68-70
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄70-72

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