小型离网光伏逆变系统研究与设计

【摘要】：随着人类社会的进步及工业的发展，对能源的依赖日愈加重，人类即将面临着能源短缺以及环境污染日愈加重等系列问题。太阳能是一种取之不尽、用之不竭，且清洁干净的资源，成为人类研究及开发利用的热点，并已经取得了显著的成果，使其成为了分布式发电资源的重要组成部分。而离网光伏发电系统作为光伏发电系统的重要组成部分，非常适合为远离大电网的偏远地区及岛屿居民提供日常用电。因此本文对光伏发电系统的发展状况以及应用前景进行论述，并对已有的光伏逆变系统的关键技术及难点进行了分析说明，结合光伏逆变系统不同应用途径，本文以小型离网型光伏逆变发电系统为研究对象，对其进行了研究与设计。 本文以带高频隔离型离网光伏逆变系统为研究对象，阐述了离网光伏逆变系统的基本原理以及主要硬件设计。对小型光伏逆变系统的主功率拓扑结构进行了分析，对其直流变换器、LLC串联谐振变换器，逆变器等主要拓扑的选型进行建模分析，此后对系统的关键硬件部分（采样电路、驱动电路和保护电路等）进行了详细的分析和设计，并对常用控制策略进行了简要分析说明。同时，本文以功率二极管、功率开关管及磁性元件等主功率器件在高频开关条件下的工作特性为研究对象，通过对逆变器系统损耗进行定量建模分析，并基于此数学模型提出一种优化开关频率调制法，使逆变器工作于此优频条件下，逆变器损耗得到有效的降低。 最后，对小型离网光伏逆变系统硬件设计进行实验验证，通过相关测试仪器观测不同负载条件下的电压电流波形验证实验结果。实验证明此光伏逆变系统硬件设计基本达到预期的要求。 【关键词】：离网光伏逆变 电路拓扑 串联谐振器 损耗模型
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-14
• 1.1 课题研究背景7-9
• 1.1.1 能源危机及环境问题7-8
• 1.1.2 光伏发电的特点及优点8-9
• 1.2 光伏研究现状及发展趋势9-10
• 1.2.1 国外光伏发展现状及趋势9
• 1.2.2 国内光伏发展现状及趋势9-10
• 1.3 光伏逆变系统构成及其关键技术10-12
• 1.4 课题研究内容12-13
• 1.5 离网型光伏逆变器的技术指标13
• 1.6 本章小结13-14
• 第2章 光伏逆变系统拓扑及调制14-23
• 2.1 光伏逆变系统调制技术14-16
• 2.1.1 单极性调制15-16
• 2.1.2 双极性调制16
• 2.2 直流变换器拓扑16-18
• 2.3 逆变器拓扑18-20
• 2.4 光伏逆变系统结构20
• 2.5 国内外厂商专有拓扑20-22
• 2.6 本章小结22-23
• 第3章 离网逆变系统结构分析及设计23-44
• 3.1 前级直流DC/DC变换器分析23-27
• 3.2 LLC谐振变换器设计27-35
• 3.2.1 谐振变换器特性分析27-29
• 3.2.2 变换器工作原理及模形分析29-33
• 3.2.3 谐振元件设计33-35
• 3.3 逆变器拓扑的建模分析35-39
• 3.4 逆变输出滤波器设计39-41
• 3.5 逆变控制策略41-43
• 3.5.1 常用控制策略41-43
• 3.5.2 课题控制策略43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 离网逆变系统的硬件设计及实现44-56
• 4.1 逆变系统硬件设计44-46
• 4.1.1 主功率开关及整流器件44-45
• 4.1.2 直流储能电容容量计算45-46
• 4.2 磁性元件设计46-49
• 4.2.1 高频变压器设计46-49
• 4.2.2 升压电感、滤波电感及谐振电感L_r设计49
• 4.3 采样及驱动电路设计49-52
• 4.3.1 电流电压采样电路设计49-52
• 4.3.2 驱动电路设计52
• 4.4 吸收电路设计52-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第5章 单相全桥逆变器损耗建模分析及频率优化56-63
• 5.1 单相全桥逆变器拓扑及控制策略56
• 5.3 功率回路主功率器件损耗分析56-60
• 5.3.1 功率开关管损耗分析57-58
• 5.3.2 功率二极管损耗分析58-59
• 5.3.3 磁性元件损耗分析59-60
• 5.4 损耗模型及优频计算60-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第6章 实验结果及分析63-70
• 6.1 LLC谐振变换器实验63-66
• 6.2 逆变部分实验66-68
• 6.3 逆变损耗建模实验分析及系统效率68-69
• 6.4 本章小结69-70
• 第7章 结论与展望70-72
• 7.1 总结70
• 7.2 展望70-72
• 参考文献72-76
• 发表论文及科研情况说明76-77
• 致谢77-78

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