交错反激式光伏并网微型逆变器研究

【摘要】：世界范围内的能源短缺和环境污染问题使得可再生能源的利用受到越来越多的重视,太阳能光伏发电以其清洁无污染、不受地域限制等优势而发展迅速。常规集中式光伏并网发电系统逐渐显现其在商业和民用市场的劣势,光伏并网微逆变器具有发电效率高、系统容量扩展灵活、安装维护简单和冗余设计等优点,研发高性能微逆变器将为分布式光伏发电提供技术和设备支撑。 本文以交错反激式光伏并网微逆变器为研究对象,对其工作在CCM方式下的系统特征进行分析并设计相应控制策略,全文的主要工作如下： (1)建立了CCM工作方式下开关周期内原副边绕组电流的时域关系式,得出了系统临界连续输出功率,分析出半电网周期内微逆变器工作在DCM和CCM相结合的方式,并用系统连续率CR表征CCM工作区间所占的比重。 (2)对微逆变器主电路关键元器件进行了参数设计和选型,包括直流侧功率解耦电容,反激变压器,反激开关管、输出整流二极管和工频换向桥功率器件和并网滤波器,为系统控制策略的设计提供参数依据。 (3)建立了基于任意准稳态工作点控制输入到并网电流输出的传递函数,得出了额定功率下π／2电角度处RHP零点对系统跟踪性能影响最大的结论,并基于这一准稳态工作点设计了电流内环Q-PR控制器。 (4)提出了分阶段、相结合控制的改进MPPT算法,即微逆变器启动阶段应用开路电压法,光伏组件功率波动较小时应用变步长扰动观察法,功率波动较大时应用短路电流法,以获得良好的稳态跟踪精度和动态跟踪性能；针对轻载下基于CCM设计的并网电流控制器适用度降低和谐波含量增大的问题,提出了双模式控制策略及模式选择控制器的实现原则,实现轻载时系统控制方式切换到DCM并网电流控制方式,提高了轻载并网电流品质。 (5)搭建了Matlab/Simulink仿真系统和250W微逆变器系统平台,仿真和实验结果均验证了上述系统分析的正确性和所设计的控制策略的有效性和可行性。 【关键词】：分布式光伏发电 反激变换器 微逆变器 系统连续率 改进MPPT算法 双模式控制
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.1.1 常规能源危机与环境问题9
• 1.1.2 太阳能光伏发电9-11
• 1.2 光伏并网系统研究现状11-15
• 1.2.1 光伏并网系统常用架构12-13
• 1.2.2 光伏并网逆变器拓扑分类13-15
• 1.3 单相光伏并网微型逆变器15-18
• 1.3.1 微型逆变器的由来15
• 1.3.2 微型逆变器设计原则15-16
• 1.3.3 微型逆变器的拓扑选择16-18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 第2章 反激式光伏并网微型逆变器工作原理20-30
• 2.1 反激式光伏并网微型逆变器拓扑结构20-21
• 2.2 反激变换器工作模式稳态分析21-23
• 2.3 反激式微型逆变器CCM模式稳态分析23-28
• 2.3.1 微逆变器系统稳态关系23-25
• 2.3.2 周期无穷工作点工作方式研究25-27
• 2.3.3 断续工作区间27-28
• 2.4 交错并联反激微逆变器28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 交错反激微逆变器硬件设计30-40
• 3.1 解耦电容选取30-32
• 3.2 反激变压器设计32-35
• 3.3 功率器件选取35-36
• 3.4 并网滤波器设计36-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 交错反激微逆变器建模和控制策略设计40-52
• 4.1 微逆变器双闭环控制结构40-41
• 4.2 单端反激式变换器系统模型41-45
• 4.2.1 非理想反激变换器CCM模式建模41-44
• 4.2.2 系统对象模型分析44-45
• 4.3 交错反激微逆变器控制器设计45-47
• 4.3.1 PI控制器缺陷分析45-46
• 4.3.2 准PR控制器设计46-47
• 4.4 仿真分析和并网电流测试47-51
• 4.4.1 仿真分析47-49
• 4.4.2 并网电流测试49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 微逆变器优化设计52-66
• 5.1 太阳能电池MPPT控制技术52-58
• 5.1.1 太阳能电池外特性52-53
• 5.1.2 MPPT控制算法改进设计53-57
• 5.1.3 实验结果57-58
• 5.2 并网电流双模式控制策略设计58-64
• 5.2.1 双模式控制策略提出58-59
• 5.2.2 DCM传输功率限制59-61
• 5.2.3 双模式控制策略的设计和改进61-62
• 5.2.4 仿真分析和实验验证62-64
• 5.3 本章小节64-66
• 第6章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间主要的研究成果72-73
• 致谢73

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