高效光伏并网微型逆变器研究

【摘要】：相比于集中式和组串式光伏并网逆变器发电系统,光伏微型逆变器发电系统具有即插即用、易扩容、可靠性高以及可实现面板级最大功率跟踪等优点。从结构上来说,光伏微型逆变器主要有单级式光伏微型逆变器和两级式光伏微型逆变器。本文重点研究一种基于临界电流连续控制策略的后级逆变器,该控制策略可实现逆变器开关管的零电压开通,以提高微型逆变器的效率。本文详细分析了基于临界电流连续控制策略实现软开关的工作原理。在此基础上,从开关频率和输出电流THD两个方面对比研究了单极性调制策略和双极性调制策略,与双极性调制策略相比,单极性调制策略开关频率范围较窄,效率较高,但输出电流THD略大。在输出电流THD满足要求的前提下,可选择单极性调制策略以提高效率。根据复位电流包络线的不同,可以分为恒定复位电流模式、恒定电流变化量模式和变复位电流模式三种不同复位电流模式,其中恒定复位电流和恒定电流变化量模式是变复位电流模式的两个特例。在实际应用中,需对电感Lf电流有效值和开关频率进行折中考虑,以选择合适的复位电流模式。本文以恒定复位电流模式为例,对比了基于单极性临界电流连续控制策略的两种实现方式:软件计算实现方式和硬件复位实现方式,分析各自的优缺点。在此基础上,结合两者的优点,提出采用数模混合实现方式:即开通时间通过软件计算得到,而关断时间由硬件复位实现。在数模混合实现方式的基础上,研究分析了采样延时、锁相延时以及驱动电路延时等控制系统延时的存在会使得电感电流产生畸变,进而影响输出电流。基于此提出了相应的电流补偿方法以补偿控制系统延时带来的影响。针对基于临界电流连续的250W光伏逆变器,给出了主电路参数和控制电路参数的设计过程,并在Matlab/Simulink中搭建了仿真验证模型,仿真研究验证了基于临界电流连续控制策略的可行性以及参数设计的正确性。搭建了一台基于临界电流连续的250W逆变器实验验证平台,通过实验验证了基于临界电流连续控制策略的可行性以及参数设计的正确性,最高效率可达98.5%。基于临界电流连续控制策略的并网逆变器可实现开关管的ZVS开通,能大大提高效率,特别适用于两级式光伏微型逆变器等功率较小的场合。 【关键词】：光伏微型逆变器 临界电流连续 功率解耦 软开关
【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】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-13
• 第一章 绪论13-28
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 光伏微型逆变器研究现状14-27
• 1.2.1 光伏微型逆变器拓扑结构14-22
• 1.2.2 光伏微型逆变器的软开关研究22-27
• 1.3 本文主要研究内容及论文结构27-28
• 第二章 基于临界电流连续模式的并网逆变器工作原理及其分析28-37
• 2.1 工作原理分析28-31
• 2.2 基于临界电流连续模式的并网逆变器调制策略31-33
• 2.2.1 单极性调制方式31-32
• 2.2.2 双极性调制方式32
• 2.2.3 两种调制方式对比32-33
• 2.3 三种不同的复位电流模式33-36
• 2.3.1 恒定复位电流模式34
• 2.3.2 恒定电流变化量模式34
• 2.3.3 变复位电流模式34-35
• 2.3.4 三种复位电流模式对比35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 基于临界电流模式的并网逆变器控制策略37-43
• 3.1 临界电流模式控制策略实现方式37-39
• 3.1.1 软件计算实现方式37
• 3.1.2 硬件复位实现方式37-38
• 3.1.3 数模混合实现方式38-39
• 3.2 控制系统延时对电感电流的影响分析39-42
• 3.2.1 控制系统延时对电感电流的影响39-41
• 3.2.2 控制延时补偿措施41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 基于临界电流连续的单极性逆变器设计与仿真43-59
• 4.1 主电路参数设计43-48
• 4.1.1 逆变器电感Lf设计43-45
• 4.1.2 逆变器输出电容和电感设计45-46
• 4.1.3 直流侧解耦电容选取46
• 4.1.4 功率器件的选取46-47
• 4.1.5 与传统单极性SPWM硬开关逆变器对比47-48
• 4.2 控制设计48-52
• 4.2.1 死区设计49
• 4.2.2 基于临界电流连续的单极性逆变器控制框图49-52
• 4.3 基于临界电流连续的逆变器仿真52-58
• 4.3.1 独立运行仿真52-56
• 4.3.2 并网运行仿真56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 基于临界电流连续模式单极性逆变器实验验证与对比分析59-70
• 5.1 基于临界电流连续模式单极性逆变器实验验证59-67
• 5.1.1 独立运行实验验证59-63
• 5.1.2 并网运行实验验证63-65
• 5.1.3 性能指标65-67
• 5.2 与单极性SPWM硬开关逆变器对比分析67-69
• 5.2.1 两种控制策略下的体积对比68-69
• 5.2.2 两种控制策略下的效率对比69
• 5.3 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 全文工作总结70-71
• 6.2 后续工作展望71-72
• 参考文献72-77
• 致谢77-78
• 在学期间研究成果及发表的学术论文78
• 一、发表论文及专利78
• 二、研究生期间参与科研项目78
• 三、研究生期间获得荣誉78

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