微型光伏并网逆变器设计

【摘要】：随着全球一次能源短缺和环境严重污染等问题发生,开发利用可再生能源势在必行。太阳能因储量大、分布广、清洁、无污染成为世界关注的焦点。太阳能的利用形式主要为光伏发电,而最大限度地利用太阳能,提高光伏并网逆变器的效率具有现实的意义。目前在光伏电站中多采用中央逆变器来完成能量的转换,中央逆变器体积大、保固时间短。中央逆变器跟踪整个串并联光伏阵列的最大功率点,容易把光伏组件的局部峰值作为最大功率点,光伏组件整体利用率低。本文专门设计了一种用于光伏并网的微型逆变器。微型逆变器体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、效率高、单块光伏组件失效不会影响其他组件的正常工作。微型逆变器可集成在每个光伏组件上,实时监测光伏组件的电流电压,保证每个组件都工作在最大功率点,极大的提高了能量的收集。微型逆变器中功率变换器设计成交错式反激变换器和换相器两部分。交错式变换器设计成两个单端反激变换器并联的结构,两个反激变换器工作相位相差180o,每个变换器承担光伏组件输出电流的1/2并承担负载1/2的功率,减小了系统的产热量、提高了系统效率、减小了输入电流的总纹波、实现了直流与交流的电气隔离;换相器设计成由4个单向可控硅组成的桥式结构,采用光耦控制单向可控硅的开通,此设计中直接利用反激变换器输出电压来控制可控硅的关断,控制方法简单且避免了桥式电路上下桥臂同时导通,增强了系统的可靠性。功率变换器实现了直流到交流的转换。采用有源箝位电路来抑制反激变换器主功率开关管的电压应力,通过仿真实验,主功率开关管的电压应力减小并实现了主开关管的零电压开通。微型光伏并网逆变器软件实现了状态机来确定系统的工作模式。采用增量电导法实现了最大功率点跟踪控制(MPPT),完成了锁相环和孤岛检测程序的仿真,检验了算法的可行性。 【关键词】：光伏并网 微型逆变器 有源箝位 MPPT 锁相环
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究目的及意义10-11
• 1.2 国内外光伏并网逆变器研究现状11-14
• 1.2.1 国外并网逆变器研究现状11-12
• 1.2.2 国内并网逆变器的研究现状12-14
• 1.3 本文研究内容14-16
• 第2章 系统结构设计16-21
• 2.1 系统结构设计16-17
• 2.2 系统工作原理17-20
• 2.3 本章小结20-21
• 第3章 逆变器硬件电路设计21-38
• 3.1 本设计性能指标21
• 3.2 主电路设计21-29
• 3.2.1 交错式反激变换器设计22-27
• 3.2.2 有源箝位电路设计27
• 3.2.3 换相器设计27-28
• 3.2.4 EMI滤波器设计28-29
• 3.3 控制器选取29-30
• 3.4 辅助电源电路设计30
• 3.5 驱动电路设计30-32
• 3.5.1 MOSFET驱动电路设计30-31
• 3.5.2 换相器驱动电路设计31-32
• 3.6 信号调理电路设计32-37
• 3.6.1 电网电压检测电路设计33
• 3.6.2 电网电压零点检测电路设计33-34
• 3.6.3 输出交流电压检测电路34-35
• 3.6.4 交流电流检测电路设计35-36
• 3.6.5 直流电流检测电路设计36
• 3.6.6 直流电压检测电路设计36-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第4章 系统软件设计38-53
• 4.1 TMS320F28027资源配置38-39
• 4.2 系统控制方法39-41
• 4.2.1 系统控制方法39
• 4.2.2 系统控制原理图39-41
• 4.3 系统工作模式设计41-44
• 4.3.1 开启模式42
• 4.3.2 正常模式42-44
• 4.3.3 夜间模式44
• 4.3.4 错误模式44
• 4.4 MPPT控制环设计44-47
• 4.5 锁相环设计47-49
• 4.6 孤岛检测设计49-50
• 4.7 负载平衡控制软件设计50-52
• 4.8 本章小结52-53
• 第5章 系统仿真53-58
• 5.1 系统仿真原理图53-54
• 5.2 仿真波形54-57
• 5.3 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文62-63
• 致谢63

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