低成本小功率光伏并网逆变器研究

【摘要】： 光伏发电是新能源发电系统的重要组成部分,而小功率的独立组件式结构是光伏发电系统的发展趋势,但其得到广泛应用的主要障碍是其相对较高的变换器损耗和系统成本。本文以反激型电流源并网逆变器作为研究对象,对其进行损耗分析与优化设计,同时研究了适用于小功率场合的MPPT控制技术。 由于反激型电流源光伏并网逆变器具有拓扑结构简洁、高频变压器隔离、控制简单、可靠性高等特点,本文在电流源高频环节逆变技术的基础上,对用于并网的反激型电流源逆变器进行了模态分析,给出了各模态下的电压、电流表达式;通过建立变换器中各功率器件与变压器的损耗模型进行了损耗分析;针对其变压器匝比与逆变器损耗的关系进行优化设计:不同匝比直接导致变压器原副边器件电压、电流应力的不同,影响到开关器件的选择,同时变压器本身效率也受到匝比的影响。本文在分析和优化的基础上,详细设计了逆变器功率电路与控制电路,也针对采用不同匝比变压器的逆变器进行了实验研究,验证了理论分析的正确性。 针对适用于小功率场合的最大功率点跟踪方法,本文对二极管模拟太阳能电池的MPPT技术进行了深入的研究。通过建立太阳能电池的数学模型和对现今常用MPPT技术的分析,得出恒定电压法虽然具有简单可靠等特点,但是其控制精度较差,特别是温度变化对其有较大的影响。本文在对恒定电压法进行验证的基础上,利用二极管与太阳能电池温度特性近似的原理,通过采样普通二极管正向压降来提供MPPT基准,在无需传感器、成本低廉、控制简单等优势的情况下达到更佳的MPPT效果。同时将其应用于反激型电流源光伏并网逆变器中,给出了MPPT的控制电路。 针对160W反激型电流源光伏并网逆变器系统进行了仿真和实验研究,结果表明该低成本、小功率逆变器能够很好的实现MPPT功能、达到较高的效率和产生高质量的进网电流。 【关键词】：光伏并网逆变器 交流模块 低成本 小功率 反激型电流源逆变器 损耗分析 优化设计 最大功率点跟踪 太阳能电池 温度特性 二极管
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 图清单9-12
• 表清单12-13
• 注释表13-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 光伏并网逆变技术及其发展15-18
• 1.1.1 能源危机与光伏发电系统15-16
• 1.1.2 光伏发电的发展历程16-17
• 1.1.3 光伏并网系统结构的发展17-18
• 1.2 AC-module 与拓扑分析18-23
• 1.2.1 BIPV 与AC-module18-19
• 1.2.2 AC-module 的发展19
• 1.2.3 AC-module 拓扑分析19-23
• 1.3 本文的研究内容23-25
• 第二章 电流源高频环节逆变技术25-36
• 2.1 电流源高频环节逆变器25-31
• 2.1.1 电流源高频环节逆变器电路结构与拓扑族25-26
• 2.1.2 电流源高频环节逆变器工作原理与稳态特性26-31
• 2.2 反激型电流源并网逆变器工作原理31-35
• 2.2.1 反激型电流源并网逆变器控制策略31-32
• 2.2.2 反激型电流源并网逆变器电路分析32-35
• 2.3 小结35-36
• 第三章 反激型电流源并网逆变器优化设计36-60
• 3.1 反激型电流源并网逆变器损耗分析36-46
• 3.1.1 输入功率与反激变压器激磁电感36-37
• 3.1.2 功率器件的电压和电流应力37-39
• 3.1.3 逆变器损耗分析与计算39-43
• 3.1.4 逆变器优化设计与分析43-46
• 3.2 反激型电流源并网逆变器功率电路参数设计46-53
• 3.2.1 逆变器输入电容的选取46-47
• 3.2.2 反激变压器设计47-50
• 3.2.3 滤波网络设计50-53
• 3.3 反激型电流源并网逆变器控制电路设计53-57
• 3.3.1 启动与并网继电器控制电路54
• 3.3.2 三角波发生电路54
• 3.3.3 采样电路54-55
• 3.3.4 乘法器电路55
• 3.3.5 绝对值电路55-56
• 3.3.6 载波交截电路56
• 3.3.7 隔离驱动电路56-57
• 3.3.8 辅助电源电路57
• 3.4 优化设计方法的实验验证与结果57-59
• 3.5 小结59-60
• 第四章 利用二极管模拟太阳能电池的MPPT 方法60-75
• 4.1 太阳能电池模块特性60-64
• 4.1.1 太阳能电池数学模型60-61
• 4.1.2 光强和温度变化对太阳能电池特性的影响61-64
• 4.2 利用二极管模拟太阳能电池的MPPT 控制方法64-74
• 4.2.1 常用MPPT 方法分析65-68
• 4.2.2 利用二极管模拟太阳能电池的MPPT 原理68-72
• 4.2.3 MPPT 控制电路设计72-74
• 4.3 小结74-75
• 第五章 光伏并网逆变器仿真与实验结果75-83
• 5.1 反激型电流源光伏并网逆变器仿真研究75-78
• 5.1.1 太阳能电池仿真模型75-76
• 5.1.2 光伏并网系统仿真研究76-78
• 5.2 反激型电流源光伏并网逆变器实验与分析78-82
• 5.2.1 光伏并网系统实验平台78-79
• 5.2.2 实验结果与分析79-82
• 5.3 小结82-83
• 第六章 总结与展望83-84
• 6.1 全文工作总结83
• 6.2 进一步工作展望83-84
• 参考文献84-87
• 致谢87-88
• 攻读硕士期间发表的论文88

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