交错反激式光伏并网微逆变器研究

【摘要】：在能源枯竭与环境污染日益严重的今天,能源的可持续发展越来越得到人们的重视,太阳能的利用已成为世界各国争相发展的热点,而逆变器作为太阳能发电系统的核心器件,在光伏技术的开发和利用中有着至关重要的作用。针对传统集中式逆变器存在失配损耗、抗阴影能力差、无法灵活扩展等问题,近年来出现基于每个光伏模块的“微逆变器”的新架构。本文总结了常见的微逆变器拓扑结构,分析其原理和优缺点,选择了交错反激式光伏并网微逆变器作为后续的研究对象。首先介绍了反激式微逆变器在断续导通模式(DCM)、连续导通模式(CCM)和临界导通模式(BCM)这三种工作模式下的工作原理,从逆变器的控制策略、电路参数设计等方面对DCM和CCM两种模式进行分析和比较,并通过Matlab仿真加以验证,为逆变器的工作模式的选择提供理论依据。接着,以额定功率为220W的连续导通模式的微逆变器为研究对象,给出功率电路参数的详细设计方法；在建立微逆变器交流小信号等效模型的基础上,提出了引入前馈补偿的改进电流内环以加快系统的响应速度,并设计均流环使两路并联的反激转换器电流均匀分配,以增强系统的可靠性。同时,为了最大化光伏模块的输出功率、保障并网系统安全可靠的运行,提出了适用于微型逆变器的最大功率点跟踪方法和反孤岛控制策略。最后,通过对交错反激式微逆变器的损耗分析,推导出微逆变器的损耗组成,据此引入有源钳位技术以减少损耗。详细分析了有源钳位反激式微逆变器的工作模态以及有源钳位电路的参数设计,并通过仿真验证了理论分析的正确性。 【关键词】：光伏并网 微逆变器 连续导通模式 控制策略 有源钳位
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 太阳能及光伏产业15-16
• 1.2 课题研究背景及意义16-17
• 1.3 微型逆变器的研究现状17-22
• 1.3.1 国内外微逆变器发展现状和趋势17-18
• 1.3.2 微型逆变器的基本拓扑18-22
• 1.4 本课题研究22-25
• 1.4.1 课题采用的拓扑结构22-23
• 1.4.2 课题的主要内容23-25
• 第二章 反激式光伏并网微逆变器不同工作模式的研究25-36
• 2.1 反激式光伏并网微逆变器拓扑结构25-26
• 2.2 反激式逆变器基本原理26-28
• 2.2.1 DCM工作模态27-28
• 2.2.2 CCM工作模态28
• 2.2.3 BCM工作模态28
• 2.3 反激逆变器控制策略28-30
• 2.3.1 反激逆变器工作于DCM的控制策略28-29
• 2.3.2 反激逆变器工作于CCM的控制策略29-30
• 2.3.3 控制策略对比分析30
• 2.4 主电路关键参数设计30-32
• 2.4.1 反激变压器原边电感设计30
• 2.4.2 器件应力计算与比较30-32
• 2.4.3 输出滤波网络设计32
• 2.5 仿真结果和分析32-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 交错反激式微逆变器设计36-59
• 3.1 微逆变器功率电路设计36-40
• 3.1.1 输入解耦电容的选取36-37
• 3.1.2 反激变压器设计37-38
• 3.1.3 主开关管MOSFET的选取38
• 3.1.4 整流二极管的选取38-39
• 3.1.5 全桥晶闸管的选取39
• 3.1.6 滤波网络设计39-40
• 3.2 微逆变器闭环设计40-48
• 3.2.1 微逆变器CCM模式建模40-43
• 3.2.2 微逆变器开环系统分析43-44
• 3.2.3 电流内环设计44-46
• 3.2.4 电压外环设计46
• 3.2.5 均流环设计46-48
• 3.3 MPPT控制算法设计48-52
• 3.3.1 光伏电池特性曲线48-50
• 3.3.2 最大功率跟踪控制50-51
• 3.3.3 仿真分析51-52
• 3.4 反孤岛策略设计52-58
• 3.4.1 主动频率偏移检测法53-54
• 3.4.2 有功功率扰动检测法54-55
• 3.4.3 基于正反馈频移和有功功率扰动混合孤岛检测方法55-57
• 3.4.4 混合型孤岛检测方法仿真分析57-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 交错反激式微逆变器损耗分析及优化59-70
• 4.1 交错反激式微逆变器损耗分析59-62
• 4.1.1 反激开关管损耗59-60
• 4.1.2 副边二极管损耗60-61
• 4.1.3 全桥损耗61
• 4.1.4 高频变压器损耗61
• 4.1.5 总损耗分析61-62
• 4.2 有源钳位技术研究62-69
• 4.2.1 有源钳位的基本工作原理62-65
• 4.2.2 有源钳位电路的参数设计65-66
• 4.2.3 仿真验证及分析66-69
• 4.3 本章小结69-70
• 第五章 总结和展望70-72
• 5.1 总结70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间的学术活动和成果情况75

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