微逆變器光伏并網發(fā)電系統的研究與設計

【摘要】：隨著世界各國對能源危機與環(huán)境問題的日益重視，太陽能發(fā)電已成為可再生能源利用的主力軍。其中微逆變器光伏并網發(fā)電系統由于具有能量利用最大化、長使用壽命、即插即用等諸多優(yōu)點，被認為是未來光伏產業(yè)的重要發(fā)展方向，也成為了近年來人們關注的熱點。本文針對目前微逆變器的特點與存在的問題，對其拓撲結構與控制策略展開了深入的理論分析，并進行了詳細的仿真與實驗研究，為微逆變器的產品化提供了理論基礎與技術支持。 本文首先分析了微逆變器光伏并網系統的技術要求，在此基礎上提出了由BOOST變換器、有源箝位反激變換器以及SCR全橋換流電路組成的三級式微逆變器拓撲結構，該拓撲具有電氣隔離功能，并采用薄膜電容來實現功率解耦功能以延長微逆變器的使用壽命；本文對各級變換器的工作原理進行了詳細的分析，推導了其關鍵參數的設計；為了能在輸出電流按正弦規(guī)律大幅變化的情況下保證主功率開關管的ZVS開關，本拓撲中采用了非互補控制的有源箝位技術；并根據電網電壓的大小，對箝位開關管提出了一種優(yōu)化的控制方式從而進一步提升了微逆變器的轉換效率。 為了解決采用低容量薄膜電容替代鋁電解電容時存在的母線電壓不易控制的問題，本文提出了基于滯環(huán)控制的母線電壓調節(jié)方案，可兼顧穩(wěn)定性與快速性，可靠地控制系統輸入輸出間的功率平衡且不會向電網產生過大的并網電流振蕩；為保證并網電流的質量，本文建立了有源箝位反激變換器的小信號模型，推導了并網電流的控制器參數設計；為避免采用傳統的擾動觀測法帶來的誤判與搜尋速度慢等問題帶來的能量浪費，本文采用了三點權重、變步長的擾動觀測法進行最大功率點跟蹤控制，同時提出了無需進行光伏電池電流檢測的MPPT方案，省去了電流霍爾傳感器，降低了微逆變器的成本。 最后，本文進行了微逆變器光伏并網發(fā)電系統的實驗研究，研制了200W的微逆變器實驗樣機，對其中各級硬件電路和軟件控制程序進行了詳細的設計。實驗結果驗證了本文理論分析的正確性與可行性，為微逆變器光伏并網系統的應用提供了實驗基礎。 【關鍵詞】：微逆變器 有源箝位反激變換器 直流母線電壓控制 并網電流控制 最大功率點跟蹤
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM615;TM464
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 課題背景與研究意義8-9
• 1.2 微逆變器光伏并網發(fā)電系統的結構與特點9-10
• 1.3 微逆變器光伏并網發(fā)電系統的研究現狀10-15
• 1.3.1 微逆變器拓撲結構的研究現狀10-12
• 1.3.2 微逆變器控制策略的研究現狀12-15
• 1.4 本文主要研究內容15-16
• 第2章 微逆變器光伏并網發(fā)電系統的拓撲結構分析16-34
• 2.1 微逆變器拓撲結構分析16-21
• 2.1.1 微逆變器拓撲結構要求分析16-17
• 2.1.2 高效率變換技術分析17
• 2.1.3 無電解電容功率變換技術分析17-21
• 2.2 系統總體拓撲結構21-22
• 2.3 BOOST 變換器分析22
• 2.4 有源箝位反激變換器分析22-33
• 2.4.1 有源箝位反激變換器的工作原理分析23-28
• 2.4.2 有源箝位反激變換器的參數設計28-31
• 2.4.3 有源箝位反激變換器的仿真分析31-33
• 2.5 SCR 全橋換流電路分析33
• 2.6 本章小結33-34
• 第3章 微逆變器光伏并網發(fā)電系統的控制策略研究34-47
• 3.1 直流母線電壓控制技術研究34-39
• 3.1.1 采用低容量薄膜電容時母線電壓的控制問題34-35
• 3.1.2 母線電壓的滯環(huán)控制方案35-37
• 3.1.3 母線電壓控制仿真分析37-39
• 3.2 并網電流控制分析39-43
• 3.2.1 有源箝位反激變換器的建模分析39-43
• 3.2.2 并網電流控制環(huán)分析43
• 3.3 最大功率點跟蹤控制分析43-46
• 3.3.1 三點權重比較、變步長的 MPPT 控制方案43-46
• 3.3.2 無電流傳感器 MPPT 技術研究46
• 3.4 本章小結46-47
• 第4章 微逆變器光伏并網發(fā)電系統的樣機設計47-61
• 4.1 微逆變器系統主功率電路研制47-55
• 4.1.1 BOOST 變換器硬件設計48-51
• 4.1.2 有源箝位反激變換器硬件設計51-54
• 4.1.3 SCR 全橋換流電路硬件設計54-55
• 4.2 微逆變器系統控制電路研制55-57
• 4.2.1 信號檢測電路設計55
• 4.2.2 輔助電源電路設計55-56
• 4.2.3 DSP 控制電路設計56-57
• 4.3 微逆變器系統軟件設計57-60
• 4.3.1 微逆變器的工作模式控制58
• 4.3.2 數字鎖相環(huán)（PLL）58-59
• 4.3.3 母線電壓與并網電流控制環(huán)59-60
• 4.3.4 MPPT 控制環(huán)60
• 4.4 本章小結60-61
• 第5章 微逆變器光伏并網發(fā)電系統的實驗分析61-67
• 5.1 控制電路實驗波形61-62
• 5.2 有源箝位反激變換器的實驗結果62-63
• 5.3 微逆變器最大功率點跟蹤實驗結果63-64
• 5.4 微逆變器母線電壓控制實驗結果64-65
• 5.5 微逆變器并網實驗結果65-66
• 5.6 實驗結果分析66
• 5.7 本章小結66-67
• 結論67-68
• 參考文獻68-73
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文73-74
• 致謝74

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