微型光伏逆变器拓扑的设计与实验研究

【摘要】：随着社会的进步，人们生活水平的提高，人均寿命的延长，世界人口越来越多，对能源的消耗日益增加，能源危机也越来越严峻。因此，寻找、研究和开发新能源越来越紧迫，而太阳能光伏发电作为新能源太阳能的一种利用形式，有很好的发展前景，引起了人们的广泛关注。 本文首先介绍了光伏发电的背景与意义。然后介绍了光伏并网逆变器的研究现状，主要包括拓扑结构、MPPT控制策略和孤岛检测。最后，针对光伏并网逆变器中的微型光伏并网逆变器做了论述，分析了微型光伏并网逆变器的优势和发展现状。 针对本文所设计的微型光伏并网逆变器，给出了其整体结构框图，对主电路硬件结构进行了详细的设计，并详细介绍了主电路各部分的工作原理。本文所设计的逆变器采用隔离型DC/AC/AC/DC/AC多级结构，主电路主要由前级高频变换桥、高频变压器、整流桥、LC滤波电路和后级工频变换桥组成。最后给出了检测电路、箝位电路和驱动电路的硬件结构，并简要分析了其工作原理。 针对本文所设计的系统，给出了整体控制框图，分析其控制策略，包括电网电压的数字锁相、最大功率点跟踪（MPPT）、并网控制策略和孤岛检测等。本文给出了一种准确锁定电网电压相位的方法，解决了因硬件滤波和数字计算工程所带来的相位延迟的问题，可以准确做到零延迟锁相。 最后，对本文所设计的微型光伏并网系统，搭建基于物理模型的仿真平台，使仿真平台各参数尽可能的接近实际的实验平台，通过仿真来论证硬件电路的合理性和并网控制策略的可行性。通过仿真，找出系统设计时的不足，根据仿真结果来进一步对系统的设计进行优化，减少实验过程中的工作量。对本文所设计的微型光伏并网逆变系统进行了初步的实验验证，通过实验进一步验证本文所设计的方案的可行性，以及理论分析的正确性。 【关键词】：光伏发电 微型并网逆变器 箝位电路 控制策略 数字控制
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1. 绪论7-15
• 1.1. 光伏发电的背景与意义7-8
• 1.2. 光伏并网逆变器的研究现状8-12
• 1.2.1. 拓扑结构与工作原理8-9
• 1.2.2. MPPT 跟踪策略9-11
• 1.2.3. 孤岛检测的概述11-12
• 1.3. 微型光伏并网逆变器12-14
• 1.3.1. 微型光伏并网逆变器优势12-13
• 1.3.2. 微型光伏并网逆变器发展13-14
• 1.4. 本文的主要研究内容和章节安排14-15
• 2. 微型光伏并网逆变器的拓扑结构及其工作原理15-21
• 2.1. 整体结构框图15
• 2.2. 前级变换桥原理15-19
• 2.3. 高频变压器和整流桥工作原理19-20
• 2.4. 后级变换桥工作原理20
• 2.5. 本章小结20-21
• 3. 硬件电路设计21-35
• 3.1. 系统技术指标21-22
• 3.2. 光伏组件输入滤波电容22-25
• 3.3. 高频变压器25-27
• 3.4. 前后级变换桥及整流桥27-28
• 3.5. 过电压箝位电路28-30
• 3.6. 驱动电路30-31
• 3.7. 检测电路31-34
• 3.8. 本章小结34-35
• 4. 控制系统35-45
• 4.1. 整体控制框图35
• 4.2. 电网电压数字锁相35-38
• 4.3. 最大功率点跟踪38-40
• 4.4. 并网控制策略40-42
• 4.5. 孤岛检测42-44
• 4.6. 本章小结44-45
• 5. 仿真研究45-53
• 5.1. 主电路仿真平台45-47
• 5.2. 开环系统仿真47-48
• 5.3. 闭环系统仿真48-49
• 5.4. 离散仿真49-51
• 5.5. 本章小结51-53
• 6. 实验研究53-59
• 6.1. 实验平台53
• 6.2. 正方向单极性 SPWM 波实验53-55
• 6.3. 开环和闭环实验55
• 6.4. 启动实验55-57
• 6.5. 孤岛检测实验57-58
• 6.6. 本章小结58-59
• 7. 总结与展望59-61
• 7.1. 总结59
• 7.2. 展望59-61
• 参考文献61-65
• 攻读学位期间发表的学术论文目录65-68
• 致谢68

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