基于微电网的AC光伏模块分析与实现

【摘要】：能源与环境成为当今世界所面临的两大重要课题。人类正在努力寻求清洁、高效、可以再生的能源来代替对石油、煤炭等常规化石能源的依赖。开发利用可再生能源成为本世纪能源发展战略的基本选择。太阳能光伏发电作为一种绿色无污染的新能源越来越受到人们的重视，合理利用太阳能的思想也逐渐深入到了每家每户。以家庭等小型用户为主的光伏发电产品正逐步成为市场的主流。在这样的趋势下，AC光伏模块应运而生。作为一种集成化的能量转化装置，AC光伏模块以其模块化的结构，将逆变器与光伏组件无缝地结合在一起。减小了损耗，提高了系统的稳定性，具有较强的扩展性，一定程度上提高了转化效率。并且极大地方便了小型用户的使用。本文以光伏并网逆变为背景，设计了一种基于微电网的AC光伏模块： 1、针对AC光伏模块微型化的特点，设计了一种基于微电网的微型逆变系统。除了具有普通逆变器的特点，还具有模块化、高度集成化的优势。本文给出了AC光伏模块逆变系统的整体设计思路及原理，并对相关参数进行了分析，给出了最后的设计结构。 2、本文提出了一种两级高频隔离式逆变系统，其中前后级分别采用隔离型推挽DC/DC升压电路和全桥逆变电路，详细研究了整个电路的工作原理、拓扑结构及实现方法。并使用Simulink平台搭建了仿真模型，验证了系统工作原理及参数的正确性。 3、针对AC光伏模块基于单块光伏板的控制模式，改进了已有的最大功率跟踪算法，给出了一种具有功率与电压前馈的最大功率跟踪算法，提高了跟踪进度，及系统的稳定性。 4、考虑到AC光伏模块微型化的特性，并且需要减小系统的损耗，故本文的逆变调制方式采用基于硬件实现的单极性倍频SPWM调制，这样可以在相同的开关频率下，实现输出频率的倍增。一定程度上降低了系统的损耗，减小了系统的尺寸。 5、针对AC光伏模块面向家庭用户的特点，设计了一套完善的保护措施以确保系统的正常工作及使用者的生命安全。其中包括，输入输出的软硬件保护，并且实现了一种基于软件的主动检测与被动检测相结合的孤岛检测及保护技术。实验证明该保护方案切实有效，大大提高了系统的可靠性及安全性。 【关键词】：光伏发电 AC光伏 逆变器 微电网
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 附件5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目录10-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 能源问题12
• 1.2 太阳能发展现状12
• 1.3 智能电网及微电网12-13
• 1.4 光伏系统的发展及研究概述13-15
• 1.5 本文所做的研究及论文结构15-17
• 第二章 AC 光伏模块整体结构分析17-30
• 2.1 逆变器概述17-19
• 2.1.1 非隔离型17-18
• 2.1.2 工频隔离型18
• 2.1.3 高频隔离型18-19
• 2.2 AC 光伏模块的概念及特点19-21
• 2.3 AC 光伏模块的发展及研究21-22
• 2.4 AC 光伏模块的基本拓扑结构22-29
• 2.4.1 DC/DC 变换器设计22-26
• 2.4.2 DC/AC 变换器设计26-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 AC 光伏模块控制策略分析30-42
• 3.1 太阳能输出功率特性及最大功率跟踪策略30-33
• 3.1.1 太阳能输出功率特性30-31
• 3.1.2 最大功率跟踪策略31-32
• 3.1.3 AC 光伏模块最大功率跟踪策略设计32-33
• 3.2 逆变调制方式设计33-37
• 3.2.1 SPWM 调制基本原理34-37
• 3.2.2 SPWM 调制方式的实现37
• 3.3 AC 光伏模块并网控制策略37-41
• 3.3.1 电流反馈控制37-39
• 3.3.2 孤岛效应与孤岛保护39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 AC 光伏模块整体方案设计42-73
• 4.1 逆变部分整体结构设计42-43
• 4.2 前级 DC/DC 变换器设计43-52
• 4.2.1 推挽电路工作模式44-45
• 4.2.2 DC/DC 变换器控制方案设计45-49
• 4.2.3 具体电路设计49-52
• 4.3 后级 DC/AC 变换器设计52-66
• 4.3.1 DC/AC 变换电路控制方案设计53-58
• 4.3.2 其他电路设计58-66
• 4.4 其他硬件电路设计66-72
• 4.4.1 保护电路设计66-69
• 4.4.2 面板监控69-70
• 4.4.3 电力载波通讯70-72
• 4.5 本章小结72-73
• 第五章 系统实现及结构分析73-81
• 5.1 仿真试验73-75
• 5.2 软件实现75-77
• 5.3 结果分析77-80
• 5.4 本章小结80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 主要工作与创新点81
• 6.2 后续研究工作81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文88

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