基于软开关技术的DCM光伏微逆变器的研究与实现

【摘要】：摘要：太阳能是一种清洁、环保、分布广泛、储量无限的可再生能源。开发和利用太阳能并将其作为基础能源,是解决能源危机与环境危机的方法之一。太阳能分布式发电充分利用了太阳能分布广泛、储量无限的特点,是未来开发和利用太阳能的主要趋势。而光伏微逆变器发电系统具有太阳能利用率高、模块化、智能化等优点,是太阳能分布式发电的重要方式。 本文以交错双反激式光伏微逆变器为研究对象,选取DCM(Discontinous Conduction Mode,非连续导通模式)为其工作模式。 首先分析了交错双反激式微逆变器的基本工作原理以及使其工作在DCM模式下的条件,揭示了常规的反激式拓扑的反激式变压器励磁电感与反激式开关管输出电容谐振,导致在开关周期开始时励磁电感电流不能复位,进而导致输出波形畸变的问题。 然后设计了有源钳位和软开关电路,提出一种分段式控制方法。新方法用励磁电感和钳位电容谐振时电流变化较慢的区间代替电流变化较快的区间,从而使励磁电感电流在开关周期开始时电流稳定在零附近,实现复位,解决了常规的反激式拓扑输出波形畸变的问题。同时,通过控制励磁电感电流与反激式开关管输出电容的谐振时间,实现反激式开关管的软开关。 接着,基于所提出的分段式控制方法,提出一个200W的交错双反激式光伏微逆变器的设计方案。设计方案对微逆变器的反激式变压器进行详细的设计,对微逆变器的反激式开关管、辅助开关管、换向桥开关管、输出二极管、输入电容以及输出滤波器等主要器件进行选型。同时,设计方案提出了一种短路电流法和变步长扰动观察法相结合的MPPT控制方法和一种电压和频率相结合的孤岛检测算法。 最后,通过仿真验证了本文所提出的分段式控制方法、MPPT控制方法以及孤岛检测算法的有效性,验证了本文所提出的微逆变器设计方案的可行性。并按照设计方案,制作出样机,进行测试实验。实验结果证明本文的设计方案合理、可行。 【关键词】：光伏微逆变器 DCM 软开关 MPPT 孤岛检测
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 光伏发电的意义9-10
• 1.2 光伏发电的研究现状10-11
• 1.2.1 光伏发电系统研究现状10-11
• 1.3 光伏微逆变器的研究背景11-17
• 1.3.1 光伏微逆变器的优点12
• 1.3.2 光伏微逆变器重点技术12-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 交错双反激微逆变器的原理分析19-33
• 2.1 交错双反激微逆变器工作原理分析19-23
• 2.1.1 主电路工作原理分析19-21
• 2.1.2 DCM工作模式的条件21-23
• 2.2 变压器励磁电感电流复位问题23-29
• 2.3 有源钳位及软开关附加电路的分析29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 交错双反激微逆变器的设计33-53
• 3.1 关键器件的设计与选型33-37
• 3.1.1 反激式变压器的设计33-34
• 3.1.2 变压器原边回路的设计选型34-36
• 3.1.3 变压器副边回路的设计选型36-37
• 3.1.4 输出滤波器的设计37
• 3.2 软开关电路的控制设计37-44
• 3.2.1 主开关驱动与辅助钳位开关驱动死区的设计38-40
• 3.2.2 辅助钳位开关导通时间设计40-43
• 3.2.3 软开关附加电路的选型以及控制43-44
• 3.3 MPPT算法的设计44-48
• 3.3.1 常用的MPPT算法分析44-45
• 3.3.2 混合MPPT控制算法45-48
• 3.4 孤岛检测算法的设计48-52
• 3.4.1 常见的孤岛检测方法49
• 3.4.2 基于电压和频率正反馈结合的孤岛检测算法49-50
• 3.4.3 Sandia电压频率偏移法对输出电流的影响50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 微逆变器仿真与实验分析53-60
• 4.1 微逆变器的仿真分析53-57
• 4.1.1 DCM下励磁电感电流复位的仿真分析53-55
• 4.1.2 带软开关的交错双反激微逆变器仿真55-57
• 4.2 微逆变器的实验分析57-58
• 4.3 本章小结58-60
• 第5章 总结与展望60-62
• 5.1 全文总结60
• 5.2 展望未来60-62
• 参考文献62-66
• 攻读学位期间主要的研究成果66-67
• 致谢67

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