长寿命单相光伏并网微逆变器的研究

【摘要】：光伏发电行业的发展主要为大功率集中式逆变器及微逆变器两个方向。相比于前者，后者采用独立发电单元单独控制，有效地解决了局部遮挡等问题，同时更有利于家庭及中小型发电的需求。作为光伏阵列与电网的接口设备，逆变器在光伏并网发电系统中具有十分重要的作用。多数单相光伏并网逆变器的使用寿命仅为5-10年，而一般情况下，太阳能光伏电池板的寿命约为25年，逆变器成为整个光伏发电系统寿命的决定因素。因此，本课题针对长寿命单相光伏并网微逆变器进行研究，从拓扑结构和控制方式等对逆变器进行设计和改进，从而延长光伏逆变器的使用寿命。 本文根据光伏阵列输出电压范围和并网的要求，对单相光伏并网微逆变器的主电路进行了研究，确定了三级式主拓扑结构，改进了系统的控制方式。本课题所采用拓扑结构为直流母线侧解耦电路，直流母线电容较小，故可用小薄膜电容或陶瓷电容代替传统的大铝质电解电容，从而延长系统使用寿命。微逆变器拓扑的第一级为电压放大级，完成升压和最大功率点跟踪任务，前级移相参考信号由后级给定，无需采样光伏阵列电压电流即可实现系统MPPT控制；第二级为电流整形级，将系统由电压源转换为电流源，并输出100Hz的正弦半波电流，电流整形级为电压电流双环控制，电流内环为滞环比较控制，电压外环通过PI调节使母线电压稳定在450V；第三极为并网全桥逆变级，将100Hz正弦半波翻转为与电网同频同相的正弦波，4个开关管的驱动信号直接由电网电压转换而来，无需驱动芯片或单片机控制。 本课题通过理论分析和仿真验证了系统的可行性。通过每一级和多级阻性负载实验，验证了系统的各项功能，最终实现了三级结构系统并网实验。本课题所设计的单相光伏并网微逆变器能够稳定并网且运行于最大功率点，通过理论分析，系统使用寿命为20年以上，各项指标均达到预期目标。 【关键词】：微逆变器 长寿命 功率解耦 网压驱动电路 无电流采样MPPT控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题来源及研究目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-18
• 1.2.1 市场上长寿命单相光伏并网微逆变器现状9-10
• 1.2.2 单相光伏并网逆变器拓扑结构分类10-18
• 1.3 本文研究内容18-19
• 第2章 长寿命单相光伏并网微逆变器主电路研究19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 长寿命单相光伏并网微逆变器拓扑结构19-21
• 2.3 长寿命单相光伏并网微逆变器主电路参数设计21-27
• 2.3.1 电流整形级解耦电容的设计21-23
• 2.3.2 电压放大级变压器设计23-24
• 2.3.3 电压放大级谐振电容和电感设计24-26
• 2.3.4 电流整形级滤波电感设计26-27
• 2.4 长寿命单相光伏并网微逆变器可靠性分析27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 长寿命单相光伏并网微逆变器控制策略研究30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 长寿命单相光伏并网微逆变器总体控制策略30-31
• 3.3 电压放大级控制策略31-36
• 3.3.1 电压放大级谐振控制策略31-33
• 3.3.2 电压放大级MPPT控制33-36
• 3.4 电流整形级控制策略36-40
• 3.4.1 电流内环设计36-38
• 3.4.2 电压外环设计38-40
• 3.5 并网全桥逆变级控制策略40-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 长寿命单相光伏微逆变器离网系统实验设计44-51
• 4.1 引言44
• 4.2 电流整形级电流闭环阻性负载实验44-46
• 4.2.1 电流整形级电流闭环阻性负载实验设计44-45
• 4.2.2 电流整形级阻性负载实验结果与分析45-46
• 4.3 电压放大级和电流整形级阻性负载实验46-47
• 4.3.1 电压放大级和电流整形级阻性负载实验设计46-47
• 4.3.2 电压放大级和电流整形级阻性负载实验结果与分析47
• 4.4 电流整形级和并网全桥逆变级阻性负载实验47-49
• 4.4.1 电流整形级和并网全桥逆变级阻性负载实验设计47-48
• 4.4.2 电流整形级和并网全桥逆变级阻性负载实验结果与分析48-49
• 4.5 三级系统阻性负载实验49-50
• 4.5.1 三级系统阻性负载实验设计49
• 4.5.2 三级系统阻性负载实验结果与分析49-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第5章 长寿命单相光伏微逆变器并网系统实验设计51-57
• 5.1 引言51
• 5.2 系统并网方案实现51-53
• 5.2.1 系统辅助源设计51-52
• 5.2.2 系统地线设计52
• 5.2.3 系统锁相设计52-53
• 5.3 系统软件设计及实现53-54
• 5.4 系统并网实验54-56
• 5.4.1 系统并网实验设计54
• 5.4.2 系统并网实验结果与分析54-56
• 5.5 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63

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