单板光伏组件微逆变器技术研究

【摘要】：随着光伏一体化(BIPV)技术的发展,单板光伏组件配备独立微变流器或微逆变器的并网结构近年来成为光伏发电技术领域的一个研究热点。微逆变器这种小功率并网模块具有体积小,并网灵活,控制简单的特点。本文的主要研究内容是设计实用的单板光伏微逆变器,适合单板大功率光伏组件,额定设计功率250W。 本文首先从实际出发,分析了单板大功率光伏组件的伏安特性曲线以及现有的几种常用的最大功率跟踪(MPPT)方法,选用了一种适合微逆变器使用的变步长扰动干扰法。 本文采用两级微逆变器结构,着重研究了前级MPPT控制器和后级逆变器的硬件设计。由于微逆变器服务于单板光伏组件,而单板光伏组件的输出开路电压较低,要实现并网发电,则微逆变器必须具备较高的升压比。因此,本文选用了一种高电压增益变换器作为前级MPPT控制器的拓扑结构,对比同功率等级的常规DC-DC变换器,该变换器具有更好的升压能力,更高的变换效率和更低的功率开关管电压应力。并以此为基础,完成了MPPT控制器的原理图设计、器件选型、控制策略选择及控制算法程序。本文还对后级逆变器的拓扑设计、并网控制策略、PWM调试方式进行了详细阐述,完成了全桥逆变器主功率电路、控制电路的分析设计。 最后,实际设计制作了250W微逆变器的原理样机,并在原理样机上完成了功能调试。实验表明,设计结果合理,符合实用要求。 【关键词】：MPPT控制器 微逆变器 光伏发电 并网
【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
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-17
• 1.1 研究意义11-13
• 1.2 国内外研究现状分析13-14
• 1.3 应用方向及应用前景14-17
• 2 MPPT控制器的设计17-43
• 2.1 单相两级光伏并网逆变器的系统结构18
• 2.2 MPPT控制器拓扑的选择18-24
• 2.2.1 常见拓扑分析比较19-20
• 2.2.2 高电压增益变换器20-24
• 2.3 最大功率跟踪技术24-32
• 2.3.1 光伏电池的等效模型24-25
• 2.3.2 MPPT方法的比较分析25-29
• 2.3.3 变步长的扰动干扰法29-31
• 2.3.4 仿真分析31-32
• 2.4 MPPT控制器主功率电路设计32-40
• 2.4.1 高频变压器的设计33-36
• 2.4.2 开关管Q的选取36-37
• 2.4.3 二极管的选取37-38
• 2.4.4 电流传感器的选择38-39
• 2.4.5 缓冲电路的设计39-40
• 2.4.6 驱动电路的设计40
• 2.5 MPPT控制器控制电路设计40-42
• 2.5.1 输入电压检测及保护电路40-41
• 2.5.2 输入电流调理及保护电路41
• 2.5.3 母线电压检测及保护电路41-42
• 2.6 本章小结42-43
• 3 并网逆变器的设计43-57
• 3.1 并网逆变器的拓扑43-44
• 3.2 数字控制策略44-46
• 3.3 逆变器主电路设计46-49
• 3.3.1 功率开关管的选择46
• 3.3.2 驱动电路的设计46-47
• 3.3.3 输出滤波器的设计47-49
• 3.4 逆变器控制电路设计49-54
• 3.4.1 交流电压检测49-50
• 3.4.2 电网同步信号50-51
• 3.4.3 交流电压采样51-52
• 3.4.4 交流电流采样52-53
• 3.4.5 过流保护电路53-54
• 3.5 CPLD逻辑保护54-55
• 3.6 本章小结55-57
• 4 软件设计及实验结果分析57-68
• 4.1 系统资源分配58-59
• 4.2 软件设计59-63
• 4.2.1 AD采样校正59-60
• 4.2.2 系统程序设计60-63
• 4.3 系统实验结果与分析63-68
• 4.3.1 MPPT控制器实验64-67
• 4.3.2 并网实验结果67-68
• 5 辅助电源的设计68-77
• 5.1 电源设计分析68-69
• 5.2 电源电路设计69-73
• 5.2.1 输入滤波及启动电路69
• 5.2.2 反馈电路69-70
• 5.2.3 箝位电路70-71
• 5.2.4 变压器设计71-73
• 5.3 电源样机73-74
• 5.4 实验波形74
• 5.5 本章小结74-77
• 6 总结与展望77-79
• 6.1 总结77
• 6.2 未来展望77-79
• 参考文献79-83
• 作者简历83-87
• 学位论文数据集87

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