反激式光伏微型逆變器的研究

【摘要】：目前，由于對化石能源等不可再生資源的過度開采和利用，能源危機(jī)已經(jīng)成為世界性的難題。在此背景下，人們將目光轉(zhuǎn)移到取之不盡、用之不竭的太陽能上面。而光伏發(fā)電正是利用太陽能的主要方式之一，也是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。其中將光伏發(fā)電裝置與城市建筑有效結(jié)合的建筑集成式光伏發(fā)電系統(tǒng)因其獨(dú)特的優(yōu)勢正受到人們的日益關(guān)注。 建筑集成式光伏發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的大型地面光伏電站不同，傳統(tǒng)光伏發(fā)電結(jié)構(gòu)因其無法有效解決樓層遮擋等帶來的陰影問題對光伏陣列的影響，不適合應(yīng)用于建筑集成式光伏發(fā)電系統(tǒng)。本文首先建立了的光伏電池的仿真模型，研究了光照和溫度對光伏電池輸出特性的影響，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了光照不統(tǒng)一的情況下串聯(lián)與并聯(lián)光伏組件的輸出特性，從光伏電池公式入手推到了多峰值現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，指出了傳統(tǒng)的發(fā)電結(jié)構(gòu)在建筑集成發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用中的局限性。通過對仿真結(jié)果的分析，表明了本文理論分析的正確性。 對交流模塊系統(tǒng)的核心單元微型逆變器進(jìn)行了研究，闡述了微型逆變器的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，及其設(shè)計(jì)要求。選擇反激式逆變器作為主要研究對象。詳細(xì)分析反激式逆變器的工作原理，根據(jù)微型逆變器的設(shè)計(jì)要求，對斷續(xù)模式下反激式逆變器的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。主要包括反激式逆變器的占空比設(shè)計(jì)、激磁電感的選擇、高頻變壓器匝比的選擇以及濾波電路參數(shù)的選擇等。通過分析確定了反激式逆變器的占空比、激磁電感以及變壓器匝比的選擇范圍。結(jié)合反激式逆變器的特點(diǎn)，研究了一種單變量最大功率跟蹤算法。并通過Matlab/Simulink仿真平臺(tái)搭建仿真仿真模型，驗(yàn)證了算法的有效性。分析了傳統(tǒng)的反激式逆變器在應(yīng)用為微型逆變器時(shí)所面臨的問題，指出功率解耦環(huán)節(jié)對逆變器壽命的影響，通過引入解耦電路對其功率解耦環(huán)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)，并研究了引入功率解耦電路后電路的整體控制方案，仿真結(jié)果驗(yàn)證了解耦電路的的有效性及其控制電路的正確性。改進(jìn)后的反激式逆變器避免了大容值電解電容的使用，提高了逆變器的可靠性和壽命預(yù)期。 最后搭建了以TMS320F2812為控制核心的反激式逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對主要硬件電路和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了部分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 【關(guān)鍵詞】：建筑集成式光伏發(fā)電系統(tǒng) 局部陰影 微型逆變器 功率解耦
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM464
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 光伏發(fā)電的背景與意義9-11
• 1.1.1 光伏發(fā)電的背景9-10
• 1.1.2 建筑集成式光伏發(fā)電10-11
• 1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成與分類11-16
• 1.2.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成11-12
• 1.2.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分類12-16
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容16-19
• 2 局部陰影情況下光伏陣列輸出特性研究19-33
• 2.1 光伏電池建模與輸出特性分析19-23
• 2.1.1 光伏電池電流方程19-21
• 2.1.2 光伏電池輸出特性仿真分析21-23
• 2.2 局部陰影下光伏電池串聯(lián)輸出特性研究23-28
• 2.2.1 局部陰影情況下串聯(lián)光伏組件輸出特性分析24-27
• 2.2.2 串聯(lián)輸出特性仿真分析27-28
• 2.3 光伏電池并聯(lián)輸出特性研究28-33
• 2.3.1 局部陰影情況下并聯(lián)光伏組件輸出特性分析28-31
• 2.3.2 并聯(lián)輸出特性仿真分析31-33
• 3 反激式光伏并網(wǎng)逆變器的研究33-51
• 3.1 光伏微型逆變器研究概述33-37
• 3.1.1 研究現(xiàn)狀33-36
• 3.1.2 光伏微型逆變器技術(shù)要求36-37
• 3.2 反激式逆變器工作原理37-39
• 3.2.1 反激是逆變器電路結(jié)構(gòu)37
• 3.2.2 反激式逆變器工作原理分析37-39
• 3.3 反激式逆變器設(shè)計(jì)39-45
• 3.3.1 占空比選擇39-40
• 3.3.2 激磁電感的選取40
• 3.3.3 變壓器匝比設(shè)計(jì)40-43
• 3.3.4 濾波電路參數(shù)的選取43-44
• 3.3.5 反激式逆變器仿真44-45
• 3.4 單變量最大功率跟蹤算法研究45-50
• 3.4.1 算法原理45-48
• 3.4.2 改進(jìn)的 MPPT 算法仿真波形48-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 4 反激式逆變器功率解耦方案改進(jìn)51-67
• 4.1 功率解耦分析51-54
• 4.1.1 二次功率擾動(dòng)51-53
• 4.1.2 功率解耦方案分析53-54
• 4.2 功率解耦改進(jìn)方案分析54
• 4.3 改進(jìn)功率解耦方案一54-59
• 4.3.1 電路工作原理54-57
• 4.3.2 控制框圖57
• 4.3.3 仿真結(jié)果分析57-59
• 4.4 改進(jìn)功率解耦方案二59-66
• 4.4.1 工作原理59-60
• 4.4.2 解耦電容的選取60-61
• 4.4.3 反激式微型逆變器控制方案61-63
• 4.4.4 仿真結(jié)果分析63-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 5 實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)與結(jié)果分析67-77
• 5.1 硬件電路67-73
• 5.1.1 功率開關(guān)管及二極管的選擇67-69
• 5.1.2 高頻變壓器設(shè)計(jì)69
• 5.1.3 RCD 緩沖電路設(shè)計(jì)69-70
• 5.1.4 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)70-71
• 5.1.5 采樣電路設(shè)計(jì)71-72
• 5.1.6 同步檢測電路設(shè)計(jì)72-73
• 5.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)73-74
• 5.3 部分實(shí)驗(yàn)波形分析74-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 6 結(jié)論與展望77-79
• 6.1 主要結(jié)論77
• 6.2 后續(xù)研究工作的展望77-79
• 致謝79-81
• 參考文獻(xiàn)81-85
• 附錄85
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄85
• B. 實(shí)驗(yàn)裝置85

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