微型光伏并网逆变器研制

【摘要】：随着能源危机和环境污染的加剧,发展可替代能源和清洁能源已经成为世界各国能源结构调整的重要目标。而太阳能以其取之不尽用之不竭的特点,受到广泛的重视,光伏发电应运而生,而且必将得到快速的发展。目前,光伏发电大致有两个方向：千瓦等级小型分布式发电和兆瓦等级的大型集中式光伏发电,并网逆变器是其中的核心设备。微型光伏并网逆变器具有安全低电压、模块化设计、高可靠性、无单点故障等优点,是分布式发电系统尤其是光伏建筑一体化(BIPV)的首选设备,同时也是并网逆变器发展的一个重要方向。目前,产品化的微型光伏并网逆变器存在成本高、功率密度不大等阻碍其市场推广的缺点。因此,研究和设计一台低成本、高可靠性、高功率密度的微型光伏并网逆变器是本文的主要工作。 本文借鉴工程设计的思路,按照电路理论研究、仿真模型验证及软硬件设计的流程展开研究。首先,对微型光伏并网逆变器的拓扑形式进行了分类,并对典型拓扑结构进行了对比分析,进而确定了本文所用的交错反激型拓扑方案。其次,分析了交错反激型拓扑的工作模态,依据技术指标进行了详细的参数设计和器件选型,并给出了磁性元件的设计方法。同时对系统进行了建模,并对比研究了不同控制策略的控制效果。再次,在对系统损耗分析的基础上进行了效率的优化：针对反激变压器漏感能量的问题,采用了非互补型有源钳位技术,本文详细分析了带有源钳位的反激型逆变器各个模态的工作原理,并给出了钳位电路的参数设计,仿真结果表明钳位电路能够实现漏感能量的回收和主管的ZVS开通；针对光伏池板的非线性输出特性,采用扰动观察法进行MPPT,使其工作在最大功率点处,并进行了仿真验证。 最后,基于理论研究和仿真验证,开发设计了一台280W的实验原理样机。其具有体积小、成本低、重量轻,无需外置风扇等特点。实验结果表明,该样机各部分硬件电路均能正常工作,输出波形良好,能够稳定运行并实现基本功能。 【关键词】：微型光伏并网逆变器 交错反激型 非互补有源钳位 MPPT
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 1 引言11-19
• 1.1 背景介绍11-13
• 1.2 光伏并网系统的发展13-14
• 1.3 微型并网逆变器的研究概述和发展14-17
• 1.3.1 微型逆变器的研究概述14-15
• 1.3.2 微型并网逆变器市场化发展15-17
• 1.4 本文研究内容17-19
• 2 微型光伏并网逆变器拓扑方案研究19-31
• 2.1 拓扑选择概述19
• 2.2 拓扑方案分析19-25
• 2.2.1 含直流母线的拓扑19-21
• 2.2.2 含虚拟直流母线的拓扑21-23
• 2.2.3 不含直流母线的拓扑23-25
• 2.3 拓扑方案的研究对比25-29
• 2.3.1 开关器件的电压应力对比25-27
• 2.3.2 功率解耦电容的应力对比27-29
• 2.4 拓扑小结29-31
• 3 交错反激型微型光伏并网逆变器31-51
• 3.1 工作原理分析31-35
• 3.2 硬件参数计算与器件选型35-40
• 3.2.1 硬件设计参数35
• 3.2.2 主电路参数设计与选型35-38
• 3.2.3 磁性元件设计38-40
• 3.3 系统损耗分析40-43
• 3.4 微逆建模与控制策略研究43-49
• 3.4.1 微逆的控制系统组成43-44
• 3.4.2 微逆建模44-45
• 3.4.3 电流环控制策略研究45-49
• 3.5 本章小结49-51
• 4 漏感能量吸收与最大功率点跟踪51-67
• 4.1 漏感能量吸收51-60
• 4.1.1 RCD能量吸收方法51-52
• 4.1.2 非互补型有源钳位电路模态分析52-56
• 4.1.3 参数设计与仿真验证56-60
• 4.2 最大功率点跟踪60-65
• 4.2.1 太阳能光伏电池的特性60-62
• 4.2.2 最大功率点跟踪技术62-65
• 4.3 本章小结65-67
• 5 交错反激型微逆的实验设计67-77
• 5.1 交错反激型微逆的硬件实现67-72
• 5.1.1 主电路硬件实现67-68
• 5.1.2 辅助供电硬件设计68-69
• 5.1.3 驱动电路设计69-70
• 5.1.4 采样与保护电路设计70-72
• 5.2 交错反激式微逆的软件实现72-76
• 5.2.1 控制芯片选取72-73
• 5.2.2 DSP的最小系统的设计73-74
• 5.2.3 软件流程算法设计74-76
• 5.3 本章小结76-77
• 6 实验平台和结果77-83
• 6.1 实验平台介绍77-78
• 6.2 实验调试与结果78-83
• 6.2.1 硬件功能模块调试78-80
• 6.2.2 整机运行调试80-83
• 7 结论83-85
• 7.1 本文的主要工作83
• 7.2 本文的工作展望83-85
• 参考文献85-87
• 作者简历87-91
• 学位论文数据集91

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