反激式微型光伏逆变器的研究

【摘要】：随着传统能源的枯竭,环境污染的加剧,可再生能源受到越来越广泛的关注。太阳能是分布最为广泛的可再生能源,光伏发电是一种常用的太阳能利用方式,并网型光伏发电是最常用的光伏发电形式。针对原有并网型光伏发电系统存在的功率损耗、局部阴影覆盖造成热点等缺点,近年来出现了一种将单个光伏电池板与单个电力电子器件集成的新型并网型光伏发电系统——微型光伏逆变器。 微型光伏逆变器采用模块化设计,每个模块都有自己的MPPT,可以最大限度的跟踪最大功率,减小功率损耗并消除局部阴影的影响。微型光伏逆变器模块即插即用,可以广泛应用于各种中小功率光伏发电领域。微型光伏逆变器具有输入电压低、输出电压高和功率等级低等特点,因而对其提出了功率密度高、转换效率高、可靠性高和成本低等设计要求。本文研究设计了一种采用交错并联拓扑和有源钳位电路的反激式微型光伏逆变器,全文所做的工作如下。 首先,在研究微型光伏逆变器常用拓扑的基础上,采用了反激式的拓扑结构,并对反激变换器不同工作模式进行研究；为了减小输出电流THD并提高变换器的功率等级,前级采用了一种双路交错并联的拓扑结构并分析了其工作过程；为了吸收高频变压器漏感能量并实现主开关管的零电压开通,采用了一种有源钳位的拓扑结构,对钳位电路的原理和工作模式进行研究。然后,研究了微型光伏逆变器的最大功率跟踪控制策略,选择扰动观察法为MPPT方式；采用包括MPPT环、电压环、电流环和均流环的系统控制策略；分析了并网电流控制策略,设计了合适的PI调节器。再次,依据微型光伏逆变器的工作特性和设计要求,对高频变压器、解耦电容、滤波电路和有源钳位电路进行了设计,并依据电压电流应力选择了功率开关器件；根据设计参数,在PSIM中搭建了交错并联有源钳位反激式微型光伏逆变器的主电路和控制电路模型,通过仿真验证了设计合理性。最后,利用DXP,进行了微型光伏逆变器主电路板和传感器板的硬件设计,绘制了原理图和PCB板；选用TMS320F28335作为控制芯片,完成了系统主程序和ADC、CAP等子程序的软件设计；搭建了115W微型光伏逆变器的实验平台。 本文通过对微型光伏逆变器的研究、设计、仿真和实验,给出了微型光伏逆变器的系统设计方法,验证了采用交错并联拓扑和有源钳位电路的有效性,能够为以后微型光伏逆变器的进一步研究做一定的参考。 【关键词】：微型光伏逆变器 反激变换器 交错并联 有源钳位 MPPT
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 符号说明13-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 研究背景14-15
• 1.1.1 传统能源与可再生能源14
• 1.1.2 光伏发电14-15
• 1.1.3 中国光伏发电前景15
• 1.2 微型光伏逆变器的背景15-18
• 1.2.1 传统光伏发电分类15-16
• 1.2.2 并网型光伏发电系统结构16-17
• 1.2.3 微型光伏逆变器的结构17-18
• 1.2.4 微型光伏逆变器的发展18
• 1.3 微型光伏逆变器的技术18-24
• 1.3.1 微型光伏逆变器的特点与设计要求18-19
• 1.3.2 微型光伏逆变器的拓扑19-23
• 1.3.3 微型光伏逆变器的控制23-24
• 1.4 本文主要内容24-26
• 第2章 微型光伏逆变器的工作原理26-38
• 2.1 微型光伏逆变器的拓扑结构26
• 2.2 反激变换器工作模式26-31
• 2.2.1 反激变换器电流连续模式(CCM)27-28
• 2.2.2 反激变换器电流断续模式(DCM)28-29
• 2.2.3 反激变换器电流临界连续模式(BCM)29-30
• 2.2.4 反激变换器DCM模式和CCM模式的比较30-31
• 2.2.5 电流断续模式(DCM)工作条件31
• 2.3 双路交错并联反激变换器31-35
• 2.3.1 反激变换器DCM模式和CCM模式的电流应力分析31-33
• 2.3.2 双路交错并联反激变换器的工作过程33-35
• 2.4 有源钳位电路的工作原理35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 微型光伏逆变器的控制38-48
• 3.1 光伏电池的最大功率跟踪控制38-42
• 3.1.1 光伏电池特性38-40
• 3.1.2 最大功率跟踪控制(MPPT)40-42
• 3.2 系统控制策略42-43
• 3.3 并网电流控制43-46
• 3.3.1 电流内环PI控制43-46
• 3.3.2 电压外环PI控制46
• 3.4 本章小结46-48
• 第4章 微型光伏逆变器的参数设计及仿真分析48-66
• 4.1 微型光伏逆变器的参数设计48-56
• 4.1.1 高频变压器设计48-53
• 4.1.2 功率开关器件选择53-54
• 4.1.3 输入端解耦电容设计54
• 4.1.4 反激输出滤波电容设计54
• 4.1.5 并网侧滤波电感设计54-55
• 4.1.6 有源钳位电路设计55-56
• 4.2 微型光伏逆变器的仿真分析56-64
• 4.2.1 反激变换器工作波形57-58
• 4.2.2 微型光伏逆变器MPPT仿真58-61
• 4.2.3 微型光伏逆变器并网电流仿真61-62
• 4.2.4 反激变换器有源钳位仿真62-64
• 4.2.5 微型光伏逆变器均流环仿真64
• 4.3 本章小结64-66
• 第5章 微型光伏逆变器的软硬件设计和实验66-80
• 5.1 微型光伏逆变器的硬件设计66-75
• 5.1.1 微型光伏逆变器主电路设计66-67
• 5.1.2 隔离电路设计67-68
• 5.1.3 微型光伏逆变器传感器设计68-74
• 5.1.4 辅助电源设计74-75
• 5.2 微型光伏逆变器的软件设计75-78
• 5.2.1 主程序76
• 5.2.2 子程序76-78
• 5.3 微型光伏逆变器的实验78-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 总结与展望80-82
• 6.1 总结80-81
• 6.2 展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 攻读硕士期间所发表的论文及参与的项目88-89
• 学位论文评阅及答辩情况表89

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