高效微型光伏并网逆变器的研制

【摘要】：本课题研究的是将太阳能电池板产生的电能传送入电网过程中的重要环节。它的功能是将太阳能电池板产生的不稳定低压直流电通过具有MPPT功能的光伏充电器储存到蓄电池中,之后通过全桥LLC升压变换器将蓄电池中的低压直流电转换为稳定的高压直流电,最终将高压直流电通过全桥并网逆变器转换成与电网同频同相的交流电流传输入电网。 本课题的高效微型光伏并网逆变器与传统并网逆变器有所不同。传统并网逆变器往往不包含电能的储存环节。而本课题中,系统单独设置了一个具有MPPT功能的充电器对蓄电池进行充电。同时,其还具备蓄电池的充放电管理功能,从而达到保护电池的目的,使其工作在正常状态。 电能储存环节的设立,一方面是为了在阳光不足的情况下,保持系统并网的持续性。另一方面,由于本课题是微型光伏并网逆变器,考虑到使用环境为家庭或楼宇居多。因此,出于目前便携式设备对低压电源的需求,在本课题中特意设计低压储能环节为打造低压直流家庭用电系统做出准备。 在本课题中的DC-DC升压环节中,应用全桥LLC软开关技术。LLC谐振技术在全频域都具备变压器一次侧的开关网络中零电压开通和零电压关断的特性。因此,应用在升压环节中可以大大提升并网逆变系统的转换效率。从而达到节能减排的技术要求。 在本课题的DC-AC逆变环节中,电路拓扑应用了全桥逆变电路以及LCL滤波电路。而在系统控制方面,基于DSP处理器的运算快速性,应用了数字锁相环技术而非过零点锁相环技术。从而为并网过程中,并网电流跟随电网电压的快速性、准确性提供了硬件与软件的支撑。 该高效并网逆变器还具备了完善的系统保护机制。在MPPT光伏充电器中,具备完善的阶段性充电机制以及充放电管理机制。而在全桥LLC升压变换器中,具有输入欠压保护功能和过流保护功能。同时,在逆变网络中,具有过流保护功能以及对蓄电池状态的检测功能。 最后,通过对高效微型光伏并网逆变器中三个组成部分的原理分析以及参数计算。分别实现了各个环节的基本功能。并最终通过联调证明本系统的可行性。 通过实验证明,该高效微型光伏并网逆变器具有较高的工作稳定性以及较高的工作效率。并且,为打造低压直流家庭用电系统提供了条件。因此,其具备广泛的应用前景。 【关键词】：光伏并网逆变器 MPPT最大功率点跟踪技术 全桥LLC拓扑 软开关技术 数字锁相环技术 智能充放电管理技术
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-11
• 1.1 课题背景及意义8-9
• 1.2 光伏并网逆变器的发展现状9
• 1.3 本课题的工作内容以及难点9-11
• 2 光伏并网逆变器的工作特点与结构构成11-15
• 2.1 光伏并网逆变器的工作过程与特点11-13
• 2.1.1 工作过程11-12
• 2.1.2 工作特点12-13
• 2.2 光伏并网逆变器的结构构成13-14
• 2.3 本章小结14-15
• 3 光伏MPPT充电器的分析与设计15-24
• 3.1 光伏MPPT充电器的技术特点15-16
• 3.2 光伏MPPT充电器的电路拓扑研究与分析16-19
• 3.2.1 降压型BUCK变换器的工作特性16
• 3.2.2 降压型BUCK变换器的工作模式16-18
• 3.2.3 降压型BUCK变换器的参数计算18-19
• 3.3 光伏MPPT充电器控制策略的研究与实现19-23
• 3.3.1 MPPT控制策略的研究与实现19-20
• 3.3.2 蓄电池充放电控制策略的研究与实现20-23
• 3.4 本章小结23-24
• 4 全桥LLC升压变换器的研制24-39
• 4.1 全桥LLC升压变换器的拓扑结构与特性24-25
• 4.2 全桥LLC升压变换器工作模式与谐振网络分析25-29
• 4.2.1 软开关技术在全桥LLC升压变换器中的应用25-26
• 4.2.2 全桥LLC升压变换器工作模态分析26-29
• 4.3 全桥LLC升压变换器谐振网络分析与设计29-37
• 4.3.1 全桥LLC升压变换器谐振网络等效电路与增益推导29-35
• 4.3.2 全桥LLC升压变换器谐振网络参数计算与设计35-37
• 4.4 全桥LLC升压变换器中变压器的结构构造37-38
• 4.5 本章小结38-39
• 5 并网逆变器的研究与研制39-49
• 5.1 并网逆变器的拓扑结构与调制方式分析39-40
• 5.1.1 并网逆变器拓扑结构39
• 5.1.2 单极性调制原理39-40
• 5.2 并网逆变器锁相环的研究与实现40-46
• 5.2.1 过零点锁相环技术40-43
• 5.2.2 基于数字控制器的数字锁相环技术43-46
• 5.3 并网逆变器滤波电路的研究与设计46-47
• 5.4 光伏并网逆变器的控制策略研究与分析47-48
• 5.5 本章总结48-49
• 6 高效微型光伏并网逆变器的实验结果与分析49-57
• 6.1 光伏MPPT充电器实验49-51
• 6.2 全桥LLC升压变换器实验51-54
• 6.2.1 系统谐振网络参数仿真波形与结果52
• 6.2.2 实验平台52-53
• 6.2.3 实验波形与数据53-54
• 6.2.4 实验结果分析54
• 6.3 并网逆变器实验54-57
• 6.3.1 实验平台54-55
• 6.3.2 实验波形与数据55-56
• 6.3.3 实验结果分析56-57
• 7 结论与展望57-59
• 参考文献59-61
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文61-62
• 致谢62

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