太阳能光伏发电用软开关功率变换器的研究

【摘要】：应对全球能源危机,积极发展新的、可再生的能源成为了解决能源短缺、环境污染等诸多问题的有效途径。随着电力电子技术的不断发展,太阳能光伏发电系统也向着高效率方向发展。特别是在小规模住宅用太阳能光伏系统中,为了省去笨重、低效的工频变压器,必须采用前级DC/DC变换器将太阳电池的低输出直流电变换为高压直流电,要求具有较高的电压增益、变换效率高、体积小重量轻。前级DC/DC变换器作为住宅用太阳能光伏并网系统的重要组成部分,它的性能优劣直接影响到后级逆变器的工作状况和系统的整体效率。 本文首先对光伏系统中常用的几类DC/DC变换器进行了研究,分析了它们各自的优缺点,基于前级DC/DC变换器在光伏系统中发挥的作用和高效率、轻量小型等性能要求提出一种适用于住宅用光伏并网系统的升压直流变换器。 提出了一种有源辅助谐振换流的软开关直流变换器,它通过采用简单的有源辅助谐振回路实现了主、辅助开关管的软开关工作,开关管的电压电流应力小,减小了电压与电流的交叠现象从而减小开关损耗,变换效率得到提高。主要以在Boost变换器中的应用为例详细分析了变换器的工作原理,对各工作模式进行了数学解析,进行了主、辅开关管的软开关条件分析,并对回路中的各参数进行了设计。 最后进行了仿真实验,通过仿真结果的对比和分析,验证了该变换器的高效性和在光伏系统中应用的可行性。 【关键词】：光伏系统 软开关 直流/直流变换器 零开关 谐振换流
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM46;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 本课题的研究背景、目的和意义10-11
• 1.2 光伏发电系统中电力电子技术的的应用11-12
• 1.3 高频软开关技术及其发展与应用12-16
• 1.3.1 硬开关电路及其局限性12-14
• 1.3.2 高频开关化的优缺点14-15
• 1.3.3 软开关变换技术15-16
• 1.4 太阳能发电系统概要16-21
• 1.4.1 太阳能发电系统的分类16-19
• 1.4.2 住宅用光伏并网系统的构成19-20
• 1.4.3 功率控制器的种类20-21
• 1.5 本文内容及主要工作21-24
• 第2章 光伏系统中的DC/DC变换器24-44
• 2.1 光伏发电系统中DC/DC变换器的应用24-25
• 2.2 光伏系统中的非隔离型DC/DC变换器25-30
• 2.2.1 降压斩波电路25-27
• 2.2.2 升压斩波电路27-28
• 2.2.3 Buck-Boost电路28
• 2.2.4 三电平斩波电路28-29
• 2.2.5 非隔离型DC/DC变换器在光伏系统中的应用29-30
• 2.3 光伏系统中的隔离型DC/DC变换器30-35
• 2.3.1 反激变换器30-31
• 2.3.2 正激变换器31-32
• 2.3.3 半桥直流变换器32-33
• 2.3.4 全桥直流变换器33-34
• 2.3.5 隔离型DC/DC变换器在光伏系统中的应用34-35
• 2.4 光伏系统中的软开关直流变换器35-41
• 2.4.1 软开关技术在光伏系统中的应用35
• 2.4.2 软开关直流变换电路35-41
• 2.5 基于DC/DC变换器的最大功率点跟踪41-42
• 2.5.1 基本原理41-42
• 2.5.2 算法实现42
• 2.6 本章小结42-44
• 第3章 光伏发电用软开关功率变换器的研究44-66
• 3.1 光伏发电整体系统44-45
• 3.2 变换器的拓扑结构45
• 3.3 变换器的工作原理45-55
• 3.4 开关管实现软开关条件分析55-56
• 3.4.1 主开关S_1的软开关条件55-56
• 3.4.2 辅助开关S_2的软开关条件56
• 3.5 参数设计56-63
• 3.5.1 升压电感的设计56-57
• 3.5.2 输出电容的设计57
• 3.5.3 辅助谐振回路的参数设计57-63
• 3.6 变换器的电磁干扰分析63-64
• 3.6.1 变换器的干扰源分析63
• 3.6.2 变换器的电磁干扰耦合途径分析63-64
• 3.6.3 用于变换器的电磁兼容措施64
• 3.7 本章小结64-66
• 第4章 仿真实验结果分析66-86
• 4.1 仿真软件介绍66-67
• 4.2 软开关变换器的仿真结果分析67-74
• 4.2.1 仿真模型67-69
• 4.2.2 主、辅开关管的波形评价69-72
• 4.2.3 二极管的波形评价72-74
• 4.3 占空比对输出特性的影响74-76
• 4.4 输出纹波分析76-77
• 4.5 电压调整率分析77
• 4.6 硬开关方式与软开关方式的比较77-81
• 4.6.1 主开关S_1的波形比较79-80
• 4.6.2 输出二极管D_1的波形比较80-81
• 4.7 不同开关频率对软开关条件的影响81-84
• 4.8 效率分析84-85
• 4.9 本章小结85-86
• 第5章 结论86-88
• 5.1 结论86
• 5.2 今后工作与展望86-88
• 参考文献88-92
• 致谢92-94
• 攻读硕士期间取得的成果94

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