高效率光伏逆变器研究

【摘要】：电力资源是一种关乎民计民生的重要资源,而传统发电模式存在着污染重、效率低等缺点,因此如何找到一种能够高效、清洁的发电方式对于加速经济发展提高居民生活质量有着重大的意义,本文提出一种高效率的光伏逆变并网发电方案。光伏并网发电利用的是清洁的太阳能资源,并且能够将电力并入电网实现长距离电力输送。但是有很多因素导致光伏发电效率降低,这些因素主要包括峰值功率追踪效率,直流压降损耗,热损耗以及并网谐波损耗等。本文从降低能量损耗入手提高光伏逆变效率,通过PID算法结合自学习的方式来提高功率追踪效率,优化电路走线降低直流损耗,提高代码效率降低热损耗,并通过SPWM逆变降低谐波损耗。然后,我们在充分考虑了影响逆变效率因素的基础上研制出一套用于光伏逆变验证的实验平台,并对该实验平台的硬件电路设计进行理论分析,对其中关键电路进行解释。而后,为了提高光伏逆变器电路的电磁兼容特性,我们对所设计的光伏逆变器进行电磁兼容仿真,优化电路的布局,提高电磁兼容特性,使得电磁指标符合国标和FCC的安全标准。与此同时,本文对光伏逆变器的电热设计也进行电路仿真,优化系统的散热设计,保证系统的安全运行。最后,我们对所设计的光伏逆变器进行实际的指标测试,通过分析实验数据来发现硬件平台的不足,并提出改进方案。 【关键词】：光伏逆变 效率 电磁兼容
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.2 国内外光伏逆变器研究现状16-18
• 1.3 本文主要内容与章节安排18-20
• 1.3.1 光伏逆变原理18-19
• 1.3.2 光伏逆变器存在的主要问题19
• 1.3.3 本文章节主要内容安排19-20
• 第二章 高效率光伏逆变器的工作原理与仿真20-34
• 2.1 高效率光伏逆变器系统原理20-22
• 2.1.1 光伏逆变器系统原理20-21
• 2.1.2 影响光伏逆变高效率的主要因素21-22
• 2.2 最大功率追踪原理22-25
• 2.2.1 自学习与PID算法原理22-23
• 2.2.2 改进算法追踪MPPT性能仿真23-25
• 2.3 高效率光伏并网逆变器拓扑原理25-27
• 2.3.1 全桥逆变拓扑原理25-26
• 2.3.2 改进型逆变拓扑分析26-27
• 2.4 数字锁相环设计原理27-29
• 2.4.1 数字锁相环原理与仿真模型27-28
• 2.4.2 数字锁相环仿真结果分析28-29
• 2.5 SPWM信号控制原理与时频分析29-32
• 2.5.1 SPWM傅里叶理论分析29-31
• 2.5.2 SPWM逆变仿真31-32
• 2.5.3 SPWM谐波仿真32
• 2.6 本章小结32-34
• 第三章 光伏电池局部老化的网络拓扑结构分析34-45
• 3.1 光伏电池物理结构分析34-38
• 3.1.1 光伏电池的物理组成34
• 3.1.2 光伏电池的RLGC模型34-36
• 3.1.3 光伏电池输出特性仿真36-38
• 3.2 电池片局部老化导致的环流分析38-40
• 3.2.1 局部电池片老化特征38
• 3.2.2 局部电池片老化导致的电路环流38-40
• 3.3 光谱特性对光伏电池输出效率的影响仿真40-42
• 3.3.1 光伏仿真软件介绍40-41
• 3.3.2 光谱特性对电池片的影响仿真分析41-42
• 3.4 电池片局部老化与功率保护方案42-44
• 3.4.1 局部电池片老化与输出功率分析42-44
• 3.4.2 局部老化解决方案44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 高效率光伏逆变器电路系统设计45-59
• 4.1 稳压保护电路设计45-47
• 4.1.1 防反接电路设计45-46
• 4.1.2 稳压电路设计46-47
• 4.2 高效推挽升压电路设计47-50
• 4.2.1 推挽升压电路47-48
• 4.2.2 谐振频率发生电路48-49
• 4.2.3 变压器损耗特性49-50
• 4.3 全桥逆变电路设计50
• 4.4 控制信号电路设计50-52
• 4.4.1 控制信号发生电路50-51
• 4.4.2 控制信号驱动电路设计51-52
• 4.5 小信号捕获放大电路设计52-54
• 4.5.1 小信号放大电路设计52-53
• 4.5.2 并网小信号检测电路设计53-54
• 4.6 无线监控硬件电路设计54-57
• 4.6.1 无线监控原理设计54
• 4.6.2 无线组网拓扑结构设计54-56
• 4.6.3 无线监控硬件电路设计56-57
• 4.7 本章小结57-59
• 第五章 硬件电路电磁仿真设计59-69
• 5.1 电磁辐射仿真设计59-63
• 5.1.1 逆变器电磁兼容设计59-61
• 5.1.2 电磁兼容信号仿真61-63
• 5.2 直流压降仿真63-65
• 5.2.1 直流压降导致的损耗问题63
• 5.2.2 直流压降最优设计仿真63-65
• 5.3 电热协同仿真65-68
• 5.3.0 功率MOS管热损耗原因65
• 5.3.1 功率元件热损耗仿真65-66
• 5.3.2 改进的热损耗仿真66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 高效率光伏逆变器的实验研究69-82
• 6.1 实验测试平台概述69-71
• 6.1.1 光伏逆变器硬件PCB设计69-70
• 6.1.2 光伏实验平台简介70
• 6.1.3 无线监控实验平台简介70-71
• 6.2 光伏逆变器控制信号测试实验71-73
• 6.2.1 双路升压PWM信号测试71-72
• 6.2.2 逆变SPWM信号测试72-73
• 6.3 光伏逆变器逆变效率测试实验73-79
• 6.3.1 光伏逆变器设计指标73-74
• 6.3.2 最大功率输出测试实验74-76
• 6.3.3 升压-逆变效率测试实验76-77
• 6.3.4 光伏电池局部老化实验77-79
• 6.4 无线数据监控测试实验79-81
• 6.4.1 无线监控系统硬件PCB设计79
• 6.4.2 无线数据监控采集实验79-81
• 6.5 本章小结81-82
• 第七章 总结与展望82-84
• 7.1 总结82
• 7.2 展望82-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-88
• 攻读硕士学位期间取得的成果88-89

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