微型光伏并网逆变器电路设计及控制方法研究

【摘要】：随着人类社会台阶式的进步,科技日新月异的发展,对各种资源需求的日益增加,人类所面临的环境污染、能源短缺等问题也日渐突出,使得寻找、研究和开发新能源的任务越来越紧迫。在绿色能源中太阳能光伏发电作为人类使用太阳能的一种新的形式,有很好的发展前景,引起了人们的广泛关注。本文在介绍目前国内外对光伏发电技术的科研现状及其发展趋势之后,设计了一款针对单个光伏组件使用的微型光伏并网逆变器。文中首先对所设计的微型光伏并网逆变器的整体结构进行了介绍,论述了主电路的工作原理;其次对高频交错SPWM实现原理进行了研究,将其与移相控制技术结合应用到前级逆变桥中;然后再采用Si C二极管整流和同步整流技术解决占空比丢失以及整流二极管反向电压尖峰及寄生振荡的问题;最后对本课题所完成工作进行了总结,并对本设计中还需完善的细节进行了展望。本文针对主电路拓扑对前级H桥控制信号的要求,提出了一种基于ARM高级定时器实时生成高频交错SPWM波形的新方法,在实现高频交错SPWM的同时还可以保证高频脉冲电压的前沿和后沿交替均匀分布在两个半桥之间,实现了4个功率管损耗的均衡。该方法还具有实现方便、计算量小、稳定可靠的优点。前级逆变桥采用移相控制实现软开关的同时也带来了占空比丢失和整流二极管反向电压尖峰及寄生振荡的问题。本文采用无反向恢复特性的Si C二极管及同步整流技术取代二极管整流解决这一问题,Si C二极管整流可以降低整流二极管反向电压尖峰,缩短寄生振荡的时间。同步整流技术能够减小通态损耗,缓解占空比丢失,提高系统效率。本文所设计的微型光伏并网逆变器具有转换效率高、可靠性强、匹配度高、灵活便捷的优点,符合目前光伏发电系统的发展趋势,具有一定的实用价值和广阔的应用前景。 【关键词】：光伏发电 高频交错 移相控制 软开关 同步整流
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 光伏发电技术概述10-11
• 1.1.1 背景与意义10
• 1.1.2 国内外发展现状10-11
• 1.2 光伏并网逆变器主电路拓扑结构分类11-14
• 1.3 微型光伏并网逆变器14-16
• 1.3.1 微型光伏并网逆变器优势14-15
• 1.3.2 微型光伏并网逆变器的发展15-16
• 1.4 本文主要研究内容及章节安排16-18
• 2 微型光伏并网逆变器拓扑结构及其电路设计18-30
• 2.1 系统技术指标18
• 2.2 微型光伏并网逆变器整体结构框图18-19
• 2.3 微型光伏并网逆变器主电路拓扑及其各点的工作波形19-20
• 2.4 电源系统20-21
• 2.5 检测电路21-24
• 2.6 驱动电路24-26
• 2.6.1 前级桥驱动电路24-25
• 2.6.2 后级桥驱动电路25-26
• 2.7 过流保护电路26-28
• 2.7.1 前级过流保护电路26-27
• 2.7.2 后级过流保护电路27-28
• 2.7.3 过流保护动作电路28
• 2.8 本章小结28-30
• 3 高频交错SPWM实现原理30-34
• 3.1 主电路拓扑对高频交错SPWM的要求30
• 3.2 高频交错SPWM实现原理30-32
• 3.3 高频交错SPWM在ARM中的实现方法32-33
• 3.3.1 高级定时器简介32
• 3.3.2 程序流程32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 移相控制ZVS-PWM DC/AC全桥变换器研究34-44
• 4.1 移相控制ZVS-PWM DC/AC全桥变换器原理34-39
• 4.2 ZVS的实现39-40
• 4.3 占空比丢失40
• 4.4 变压器副边整流二极管反向电压尖峰40-42
• 4.4.1 超前桥臂换流40-41
• 4.4.2 滞后臂换流41-42
• 4.5 本章小结42-44
• 5 同步整流44-52
• 5.1 SiC整流44-45
• 5.1.1 SiC二极管概述44
• 5.1.2 SiC二极管工作特性44-45
• 5.1.3 SiC二极管对电路性能的改善45
• 5.2 同步整流45-51
• 5.2.1 同步整流驱动信号的要求46-47
• 5.2.2 同步整流的驱动方式47
• 5.2.3 理想的同步整流驱动方案47-48
• 5.2.4 电压自驱动型同步整流驱动电路的设计48-51
• 5.3 本章小结51-52
• 6 实验研究52-60
• 6.1 实验样机52-53
• 6.2 高频交错SPWM波实验53-54
• 6.3 移相全桥变换器的研究实验54-56
• 6.3.1 软开关实验54-55
• 6.3.2 占空比丢失55-56
• 6.3.3 二极管反向电压尖峰及寄生振荡56
• 6.4 SiC二极管整流与快恢复二极管整流的对比实验56-58
• 6.4.1 对尖峰电压的改善57
• 6.4.2 对效率的改善57-58
• 6.4.3 对各元件温升的改善58
• 6.5 同步整流驱动实验58-59
• 6.6 本章小结59-60
• 7 总结与展望60-62
• 7.1 总结60
• 7.2 展望60-62
• 参考文献62-67
• 作者攻读学位期间发表论文清单67-68
• 致谢68

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