太阳能光伏发电并网微型逆变器的研究

【摘要】：太阳能光伏并网微型逆变器具有高效、即插即用、低成本等诸多优点,被广泛应用于日常生活当中。而微型逆变器的拓扑和最大功率点跟踪算法是决定微型逆变器效率和性能的关键技术。目前较为常用且高效的微型逆变器拓扑有交错并联反激型拓扑、隔离型Boost微型逆变器拓扑和高频AC链型拓扑。本文分析了这三种拓扑的电路图、工作原理和控制策略。其中交错并联反激型和隔离型Boost微型逆变器拓扑功率变换级数较多,功率开关管导通损耗较大,控制复杂；而高频AC链型微逆变器拓扑采用单级变换,功率开关管全部实现了软开关技术,控制简单,提高了系统效率。由于微型逆变器工作环境恶劣,在选择拓扑结构时,除了考虑系统效率这一因素外,系统的可靠性也是至关重要的。本文通过采用元器件计数法对交错并联反激型和高频AC链型微逆变器主电路拓扑进行可靠性分析,通过计算两系统的寿命、功率开关管电压应力及电容取值等得出：高频AC链型微逆变器的生命周期约为25年,功率开关管电压应力适中,具有较高的可靠性。高频AC链型微逆变器的前级串联谐振电路采用移相调制,输出50Hz正弦包络的高频交流电,经后级矩阵变换电路输出50Hz低频电流注入电网。根据以上原理设计了高频AC链型微逆变器的主电路,包括功率开关管的选择及其驱动电路、串联谐振电路、变压器等。为了进一步提高系统效率,选取了基于SiC的MOSFET做为主功率器件,这种功率开关管具有工作电压高、开关频率高、损耗低等优点。此外,设计了微型逆变器前级全桥逆变器和后级矩阵变换器的控制策略。与此同时,本文重点研究了扰动观察法、电导增量法以及基于三种不同步长的新型变步长最大功率点跟踪算法。并运用MATLAB/Simulink软件对这三种算法进行了仿真分析,结果表明基于三种不同步长的新型变步长法具有高效性与快速性的优点。最后,设计了高频AC链型微逆变器主电路的仿真参数,通过Multisim软件平台搭建了系统仿真模型,对比分析前级全桥逆变器和后级矩阵变换器开关波形与谐振电流波形,结果表明所有功率开关管均实现了软开关技术,其中后级采用矩阵变换器使谐振电流注入电网或者回馈给电路,提高了能量利用率。通过基于FPGA的实验样机进一步验证了采用基于SiC材料的功率开关管的高频AC链型微逆变器具有良好的输出电压和电流波形,系统效率高于96%,符合理论研究。 【关键词】：微型逆变器 可靠性 MPPT 高频AC
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 引言13
• 1.2 太阳能光伏并网发电系统概述13-15
• 1.3 微型逆变器研究现状15-19
• 1.3.1 拓扑的研究现状16-17
• 1.3.2 最大功率点跟踪技术的研究现状17-18
• 1.3.3 控制策略的研究现状18-19
• 1.4 研究内容和主要工作19-21
• 第二章 微型逆变器拓扑的分析21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 微型逆变器拓扑概述21-23
• 2.2.1 交错并联反激型微逆变器21-22
• 2.2.2 隔离型Boost微逆变器22
• 2.2.3 高频AC链型微逆变器22-23
• 2.3 高频AC链型微逆变器特性23-27
• 2.3.1 高频AC链型微逆变器控制策略23-25
• 2.3.2 高频AC链型微逆变器特性25-27
• 2.4 交错并联反激型和高频AC链型微逆变器拓扑的可靠性分析27-30
• 2.4.1 主电路拓扑平均工作寿命27-29
• 2.4.2 主功率开关管电压应力29-30
• 2.4.3 电容30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 高频AC链型微逆变器的设计31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 设计方案31-38
• 3.2.1 硬件设计31-37
• 3.2.2 软件设计37-38
• 3.3 本章小结38-41
• 第四章 MPPT算法的研究41-53
• 4.1 引言41-42
• 4.2 MPPT算法概述42-44
• 4.2.1 扰动观察法42-43
• 4.2.2 电导增量法43-44
• 4.3 新型变步长法44-47
• 4.4 MPPT的仿真研究47-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第五章 高频AC链型微逆变器仿真与实验研究53-59
• 5.1 引言53
• 5.2 仿真分析53-57
• 5.2.1 控制策略仿真分析54-56
• 5.2.2 软开关仿真分析56-57
• 5.3 实验验证57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第六章 总结和展望59-61
• 6.1 课题总结59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-67
• 研究成果及发表的学术论文67-69
• 作者与导师简介69-71
• 附件71-72

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