高效软开关型两级式光伏并网逆变器

【摘要】：当今世界常规化石能源大量消耗,引发一系列关系社会发展的问题。能源危机和环境污染首当其冲,于是新能源发电越来越受到各国的重视。新能源发电具有清洁无污染、无限性、分布广、资源足等先天的优越条件,势必成为未来的主导能源。但是新能源发电由于其发电成本较高而迟迟得不到大范围的推广。这其中光伏发电的高成本更为突出。各方研究人员在聚焦提高光伏组件光电转换率的同时,目光也转向了提高并网逆变器的转换效率上。提高逆变器的转换效率以获得更多的电能输出,也相对降低了发电成本,具有良好的经济效益,利于新能源发电并网的广泛推广。 光伏并网逆变器是并网型光伏发电系统能量转换与控制的核心,本文重点对两级式软开关型光伏并网逆变器拓扑及相关控制技术进行研究。 首先,对于两级式光伏并网逆变器,MPPT即可在前级DC/DC变换器实现,也可在后级DC/AC变换器实现,由此产生了两种不同的MPPT控制策略,本文进行了光伏并网逆变器主电路参数和两种MPPT控制策略下控制器的设计,其中MPPT采用变步长扰动观察跟踪法,以实现环境剧烈变化时MPP的快速跟踪和环境缓慢变化时MPP的轻微扰动跟踪。然后用PSIM软件对两种策略分别进行了仿真研究,从直流电压稳压和MPPT的控制性能等方面对这两种控制策略的优缺点进行了对比。 其次,软开关是电力电子变换器轻量化和小型化、实现高功率密度的必然选择,本文对两级式光伏并网逆变器的软开关型拓扑进行了重点研究。其中,前级的DC/DC变换器采用移相PWM控制的三相交错并联DC/DC变换器,该变换器特别适合于中高功率的应用场合,易于实现软开关功能,且升压比高,性能良好；对于后级DC/AC变换器,通过对各种不同逆变器拓扑的软开关性能进行分析比较,确定采用一种新型的基于单极双耦合电感的软开关逆变器拓扑。该拓扑辅助器件电流应力小,没有电容平衡等问题,且容易实现励磁电流的复位。论文对前后两级软开关变换器进行了建模和原理分析,并通过大量仿真验证了可行性。 最后,基于上述理论分析和原理仿真,进行了软开关型两级式光伏并网逆变器的软硬件设计。给出了前后两级变换器的主电路参数设计和开关器件选择,并分别进行了驱动电路设计；前级变换器采用UCC3895芯片为控制芯片,结合FIFO控制逻辑完成交错移相PWM开关控制信号。后级变换器采用TMS320F28335为核心,完成MPPT功能并为该级变换器的主开关和辅助开关管提供开关控制信号;最后对后级软开关逆变器中用的关键器件——耦合电感,重点进行了设计和制作。样机实验结果验证了理论和仿真分析的正确性。 【关键词】：两级式光伏并网逆变器 MPPT控制策略 交错并联 单极双耦合电感 软开关
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 目录4-7
• CONTENT7-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第1章 引言15-24
• 1.1 太阳能及其光伏产业15-16
• 1.2 太阳能产业利用现状和发展前景16-19
• 1.2.1 世界太阳能产业发展现状和前景16-18
• 1.2.2 国内光伏产业发展现状和前景18-19
• 1.3 光伏发电技术发展现状和前景19-22
• 1.4 本文所做的工作22-24
• 第2章 两级式光伏并网逆变器的MPPT控制策略对比24-39
• 2.1 光伏电池输出特性和MPPT跟踪控制方法24-27
• 2.1.1 光伏电池输出特性分析24-25
• 2.1.2 最大功率点跟踪(MPPT)控制技术25-27
• 2.2 光伏并网逆变器拓扑分类27-29
• 2.3 基于基本Boost+H逆变桥的MPPT控制策略29-38
• 2.3.1 主电路参数设计30-31
• 2.3.2 不同控制策略系统建模和调节器设计31-35
• 2.3.3 两种控制策略PSIM仿真波形对比分析35-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第3章 前级直-直变换器拓扑研究39-52
• 3.1 DC/DC变换器拓扑简介39-40
• 3.2 三相六桥臂交错并联DC/DC变换器工作原理分析40-49
• 3.2.1 变换器拓扑结构与特点40-41
• 3.2.2 工作模式分析41-49
• 3.3 软开关性能实现分析49-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章 后级直-交变换器拓扑研究52-69
• 4.1 DC/AC软开关变换器拓扑发展52-54
• 4.2 基本耦合电感ZVT电路原理分析与建模研究54-61
• 4.2.1 电路运行原理分析54-57
• 4.2.2 系统建模分析与设计57-61
• 4.3 改进型单极双耦合电感零电压开关逆变器61-68
• 4.3.1 工作原理分析61-64
• 4.3.2 建模分析系统的优良性能64-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第5章 实验样机设计与调试69-84
• 5.1 前级直流变换器参数设计与器件选择69-73
• 5.1.1 系统设计指标69-70
• 5.1.2 前级直流变换器主路参数设计和器件选择70-73
• 5.2 后级逆变器电路参数设计与器件选择73-74
• 5.3 驱动电路设计74-75
• 5.3.1 前级驱动电路设计74
• 5.3.2 后级分立元件IGBT驱动设计74-75
• 5.4 前级和后级PWM控制信号产生电路75-77
• 5.4.1 前级交错信号的产生75-76
• 5.4.2 后级逆变器控制信号处理76-77
• 5.5 耦合电感设计77-80
• 5.6 信号采样调理和保护电路80-81
• 5.7 实验结果81-83
• 5.8 本章小结83-84
• 第6章 总结与展望84-86
• 6.1 主要内容总结84-85
• 6.2 进一步工作85-86
• 参考文献86-91
• 致谢91-92
• 在读期问参与的科研项目92-93
• 学位论文评阅及答辩情况表93

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