有源钳位反激式光伏并网逆变器的研究

【摘要】：随着全世界范围内能源危机和环境污染的问题日益突出,可再生能源的开发与利用越来越为人们所重视。太阳能以其清洁、环保、可再生以及储备大等优点,成为当前世界上最具开发利用前景的绿色能源之一。其中,光伏发电是太阳能利用的主要形式之一。光伏并网逆变器作为光伏电池板与电网之间接口的核心设备,其性能决定着整个光伏并网系统的性能。 本论文以光伏并网逆变器为研究对象,首先详细分析和比较了众多适用于光伏并网逆变器的拓扑结构,最终将研究重点放在反激式光伏并网逆变器带工频逆变级这一拓扑结构上。 当反激变流器工作于电流断续导通模式(DCM)或者电流临界连续导通模式(BCM)时,其输出具有电流源特性,利用这一特点,采用原边电流峰值控制,可将反激变流器的输出电流平均值调制成正弦半波形状,再通过工频逆变级转换成正弦电流,注入电网。依据这一思路,论文对主电路拓扑参数进行了设计,对光伏并网逆变器的峰值电流控制策略、BCM模式与DCM模式相结合的控制策略以及MPPT控制方法进行了深入的分析和优化。 接着,论文对所设计的光伏并网逆变器进行了损耗分析,其中,反激变压器的原边漏感能量损耗比重较大,将会影响效率提升,另外,由于漏感能量引起的关断电压尖峰,也增加了主功率开关管的电压应力。本论文针对这一问题提出了一种适用于反激式光伏并网逆变器的数字控制有源钳位技术,通过该技术实现了漏感能量吸收和回馈、原边主功率开关管的零电压开通和电压钳位,从而进一步提升了光伏并网逆变器的效率。同时,为了提升光伏并网逆变器的功率等级,本论文提出了一种数字控制交错并联有源钳位技术,钳位电容为两路反激变流器公用,两路反激变流器交错并联,可将功率提高近两倍。 在理论分析的基础上,研制了一台175W的反激式光伏并网逆变器的试验样机,以FPGA为核心控制器件。实验结果验证了有源钳位反激式光伏并网逆变器的可行性。 【关键词】：光伏并网 逆变器 FPGA 有源钳位 交错并联 效率
【学位授予单位】：浙江大学
【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 光伏并网发电系统的研究背景和研究现状8-11
• 1.1.1 光伏并网发电系统的研究背景8
• 1.1.2 光伏并网发电系统的发展现状8-10
• 1.1.3 光伏并网发电系统的常用结构10-11
• 1.2 本课题的国内外研究现状11-17
• 1.2.1 单相光伏并网逆变器的拓扑分类11-12
• 1.2.2 集成式光伏并网逆变器研究12-14
• 1.2.3 漏感能量吸收钳位电路的研究14-17
• 1.3 本课题主要研究内容17-19
• 第2章 反激式光伏并网逆变器的分析与设计19-44
• 2.1 反激式光伏并网逆变器的工作原理与控制策略19-25
• 2.1.1 电路构或及其工作原理19-20
• 2.1.2 电流峰值控制20-22
• 2.1.3 DCM与BCM结合控制22-25
• 2.1.4 MPPT控制25
• 2.2 100W反激式光伏并网逆变器的设计与实现25-38
• 2.2.1 功率电路社计与损耗计算25-33
• 2.2.2 控制电路设计33-35
• 2.2.3 反激式光伏并网逆变器的仿真与实验验证35-38
• 2.3 175W交错并联反激式光伏并网逆变器的设计与实现38-43
• 2.3.1 电路构成及其控制策略38-39
• 2.3.2 电路设计与损耗计算39-40
• 2.3.3 交错并联反激式光伏并网逆变器的实验验证40-43
• 2.4 小结43-44
• 第3章 有源钳位反激式光伏并网逆变器44-60
• 3.1 有源钳位反激式光伏并网逆变器的基本工作原理44-51
• 3.1.1 电路构成及其控制策略44-45
• 3.1.2 DCM模式的工作原理45
• 3.1.3 BCM模式的工作原理45-51
• 3.2 有源钳位技术的设计考虑51-53
• 3.2.1 辅助开关管的选取51
• 3.2.2 辅助开关管导通时间51-52
• 3.2.3 钳位电容52
• 3.2.4 死区时间52-53
• 3.2.5 驱动电路53
• 3.3 有源钳位反激式光伏并网逆变器的仿真与实验验证53-59
• 3.3.1 有源钳位反激式光伏并网逆变器的仿真验证53-56
• 3.3.2 有源钳位反激式光伏并网逆变器的实验验证56-59
• 3.4 小结59-60
• 第4章 交错并联有源钳位反激式光伏并网逆变器60-68
• 4.1 交错并联有源钳位反激式光伏并网逆变器的基本工作原理60-65
• 4.1.1 电路构成及其控制策略60-61
• 4.1.2 DCM模式与BCM模式的工作原理61-65
• 4.2 交错并联有源钳位反激式光伏并网逆变器的仿真验证65-67
• 4.2.1 仿真参数计算65-66
• 4.2.2 仿真结果分析66-67
• 4.3 小结67-68
• 第5章 总结与展望68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士学位期间所发表的论文72-73
• 致谢73

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