太阳能光伏微型逆变器的研究与实现

【摘要】：在能源日趋紧张的局势下,太阳能作为一种清洁、无污染的绿色能源越来越受到人们的重视。光伏发电作为太阳能利用的主要形式,得到了较大的发展。光伏发电系统通常包括太阳能光伏阵列、蓄电池、逆变器等部分。逆变器是将直流电能转换为交流电能的装置,是光伏发电系统的核心部件。与传统的中央逆变器不同,本文主要针对微型逆变器技术进行了研究。 本文所研究的微型逆变器系统属于单相并网系统,在分析了单相并网发电系统常用的几种拓扑结构基础上,确定了基于反激变换器的高频隔离型拓扑为主电路结构。这种结构具有结构简单、成本低、体积小的优点,详细介绍了反激变换器与工频逆变器的工作原理与工作状态分析。 研究了微型逆变器的控制策略,首先分析了光伏电池的等效模型以及输出特性,然后比较了常用的几种最大功率点跟踪技术,根据本系统设计特点,选定了扰动观察法为最大功率点跟踪算法,调整反激MOSFET的占空比来改变太阳能电池板的等效负载,使其与电池板的输出特性曲线始终相交于最大功率点附近,实现最大功率点跟踪。采用电流环方法进行并网逆变控制,逆变器电流跟踪电网电压,使其频率、相位与电网电压相同,保证输出功率因数为1。分析了孤岛效应产生的机理以及常用的预防措施。 详细介绍了微型逆变器的硬件、软件设计过程。硬件部分主要包括主电路各部件的选取、变压器、MOSFET等参数确定步骤等,辅助电源的设计,以及检测电路的设计,软件部分主要介绍了状态机的设计以及最大功率跟踪算法的程序流程。 在搭建的硬件平台基础上进行了光伏发电实验,并记录了实验波形,验证了系统设计的正确性,方案的可行性。 【关键词】：光伏发电 微型逆变器 反激变换 单相并网逆变器
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 光伏微型逆变器在国内外的发展现状10-11
• 1.2.1 国外发展现状10-11
• 1.2.2 国内发展现状11
• 1.3 光伏发电系统简介11-14
• 1.3.1 光伏发电系统的一般结构11-12
• 1.3.2 光伏发电系统的分类12-13
• 1.3.3 并网型光伏微型逆变系统13-14
• 1.4 本文的主要工作14-15
• 第2章 单相光伏并网逆变系统的分析15-23
• 2.1 单相光伏并网逆变系统结构15-17
• 2.1.1 非隔离型光伏并网逆变器15
• 2.1.2 工频隔离型光伏并网逆变器15-16
• 2.1.3 高频隔离型光伏并网逆变器16-17
• 2.2 高频隔离型并网逆变器的原理分析17-20
• 2.2.1 反激变换器原理18-20
• 2.2.2 工频逆变器原理20
• 2.3 高频隔离型并网逆变器的工作状态分析20-22
• 2.3.1 反激变换器的工作状态分析21
• 2.3.2 工频逆变器的工作状态分析21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 单相光伏并网系统的控制策略23-34
• 3.1 光伏电池的特性23-24
• 3.2 最大功率点跟踪控制策略24-27
• 3.2.1 最大功率点跟踪原理24-25
• 3.2.2 扰动观察法25-26
• 3.2.3 电导增量法26-27
• 3.3 并网逆变控制策略27-30
• 3.4 孤岛效应的控制策略30-33
• 3.4.1 孤岛效应产生的原因及后果30-32
• 3.4.2 孤岛效应的检测策略32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 单相光伏微型逆变器的设计34-46
• 4.1 主电路设计34-38
• 4.1.1 反激变压器的设计35-36
• 4.1.2 反激MOSFET的选取36-37
• 4.1.3 输出整流二极管的选取37-38
• 4.1.4 晶闸管的选取38
• 4.2 辅助电源及控制电路设计38-40
• 4.2.1 辅助电源设计38-39
• 4.2.2 控制电路设计39-40
• 4.3 检测电路设计40-43
• 4.3.1 交流电流检测40
• 4.3.2 直流电流检测电路40-41
• 4.3.3 直流电压检测电路41-42
• 4.3.4 交流电压检测电路42
• 4.3.5 过零检测电路42-43
• 4.4 软件设计43-45
• 4.4.1 状态机设计43-44
• 4.4.2 MPPT设计44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 并网系统的实验结果与分析46-52
• 5.1 实验方法及步骤46-47
• 5.2 实验结果分析47-51
• 5.3 本章小结51-52
• 第6章 总结与展望52-54
• 6.1 总结52-53
• 6.2 发展与展望53-54
• 参考文献54-57
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果57-58
• 致谢58

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