光伏发电微逆变器的研究

【摘要】：当今世界,能源危机和环境污染问题越来越突出。为实现可持续发展战略目标,清洁、可再生能源的开发、利用越来越受到人类关注。太阳能因其取之不尽、清洁无污染,被公认为是最理想的可再生能源之一。光伏并网逆变器是光伏电池板和电网连接的转换设备,是光伏发电系统的关键,逆变器的性能、效率直接影响着光伏发电系统的整体效率。 本文研究的光伏微逆变器是将单个光伏电池板输出的小功率的直流低电压转化为高电压交流并网的转换装置。并实现对单个光伏电池板最大功率跟踪,避免了大规模光伏阵列因为局部损坏或是被遮蔽时对整体效率的影响,有效提高了光伏系统整体的安全性、可靠性、高效性。 本文首先总结了微逆变器常用的拓扑结构及其各自优缺点,分析了微逆变器的优点及其设计要点,得出微逆变器设计的关键技术之一在于DC/DC升压电路的选取。另外,降低电容容值,提高微逆变器的寿命是微逆变器设计中另一个关键技术。其次,分析了本文所采用的nX型DC/DC变换器的研究基础,随后对nX型DC/DC升压变换器的工作原理进行了详细分析,并完成了基于MATLABTM/SIMUlink软件平台的仿真验证和基于DSP开发板的实验验证；根据光伏电池的输出特性方程,搭建了仿真模型,并验证了光伏电池板的I-V、P.V输出特性；在此基础上,设计了MPPT控制算法、单相并网控制策略和孤岛检测等,其中最大功率点跟踪采用的是不等步长的扰动观测控制法,能准确迅速的追踪光伏电池板最大功率点并提高系统稳定性；并网电流控制采用准比例谐振控制方法,能有效消除并网过程中电网电压扰动所带来的干扰,简化控制算法,优化并网电流输出波形；孤岛检测采用被动式的欠／过压策略。根据控制策略以及系统的工作原理,推导了nX型DC/DC变换器和滤波电路的器件参数的选取依据；利用MATLABTM/SIMUlink软件平台对本文中的nX型微逆变器拓扑运行特性进行了大量仿真,验证了拓扑设计的合理性和控制方法的有效性。最后,完成了在CCS3.3环境中的软件设计。 【关键词】：光伏发电 微逆变器 准比例谐振控制 nX型DC/DC变换器
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 绪论12-26
• 1.1 研究背景和意义12-18
• 1.1.1 太阳能开发的背景12-15
• 1.1.2 光伏微逆变器的研究背景15-18
• 1.1.3 研究意义18
• 1.2 国内外研究现状和发展18-24
• 1.2.1 国内外微逆变器的现状18-19
• 1.2.2 微逆变器的优点19
• 1.2.3 微逆变的拓扑结构19-22
• 1.2.4 微逆变器的设计特点22-23
• 1.2.5 微逆变器解耦技术23-24
• 1.2.6 微逆变器的控制和保护技术24
• 1.3 本论文研究内容和各章节安排24-26
• 2 nX型微逆变器设计26-38
• 2.1 微逆变器的构成26
• 2.2 微逆变器常用的DC/DC拓扑结构26-27
• 2.3 nX型双向DC/DC变换器分析27-35
• 2.3.1 FC电路分析28-29
• 2.3.2 MMCCC电路分析29-30
• 2.3.3 nX型电路分析30-33
• 2.3.4 nX型变换器仿真33-34
• 2.3.5 nX型变换器的实验验证34-35
• 2.4 nX型升压微逆变器系统分析35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 光伏电池最大功率点的分析和研究38-54
• 3.1 光伏电池输出特性38-47
• 3.1.1 光伏电池数学模型38-39
• 3.1.2 光伏电池的工程模型及其仿真验证39-47
• 3.2 最大功率跟踪技术47-53
• 3.2.1 最大功率跟踪原理47-48
• 3.2.2 常用的MPPT方法的原理及特点48-51
• 3.2.3 改进型的扰动观测法51-53
• 3.3 本章小结53-54
• 4 系统控制策略及孤岛保护54-72
• 4.1 微逆变器的总体控制策略54-55
• 4.2 并网控制目标及策略55-57
• 4.2.1 并网控制目标55
• 4.2.2 并网控制方式55-57
• 4.3 并网电流控制方式57-66
• 4.3.1 微逆变器电流跟踪方式57-58
• 4.3.2 并网电流控制的选择58-59
• 4.3.3 电流环比例积分控制(PI)59
• 4.3.4 电流环比例谐振控制(PR)59-61
• 4.3.5 准PR控制器参数分析61-64
• 4.3.6 准PR性能64-65
• 4.3.7 电网作用分析及数学模型分析65-66
• 4.4 孤岛检测66-71
• 4.4.1 孤岛特性研究67-68
• 4.4.2 反孤岛效应的检测68-70
• 4.4.3 主动式孤岛检测法70-71
• 4.4.4 孤岛检测设计71
• 4.5 本章小结71-72
• 5 微逆变器的参数设计及仿真验证72-88
• 5.1 nX型升压DC/DC参数设计72-73
• 5.2 全桥并网调制方式73-74
• 5.3 光伏并网主电路参数设计74-78
• 5.4 逆变器并网的数学模型78-80
• 5.5 仿真研究80-82
• 5.6 软件设计82-86
• 5.6.1 主程序设计83-84
• 5.6.2 中断程序设计84-85
• 5.6.3 MPPT和并网过程的软件实现85-86
• 5.7 本章小结86-88
• 6 总结与展望88-90
• 6.1 总结88-89
• 6.2 展望89-90
• 参考文献90-94
• 索引94-96
• 作者简历96-100
• 学位论文数据集100

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