微型光伏并网逆变器研究

【摘要】：21世纪以来，能源危机和环境污染逐渐成为困扰世界各国的两大难题。为了现代社会的可持续发展，可再生能源的开发与利用越来越被人类所重视。太阳能作为无污染的绿色能源之一，正逐渐从替代能源向基础能源迈进。光伏并网发电作为太阳能光伏利用的主要形式，必将得到迅速的发展。 光伏的发展主要有两个方向：兆瓦级的大型光伏电场和0.1-5kW的小型光伏住宅供电。微型光伏逆变器的功率在50-350W之间，它将逆变器与光伏组件集成，保证每个组件均运行在最大功率点，具有很强的抗局部阴影能力；可以实现模块化设计、即插即用和热插拔，系统扩展简单方便；并网逆变器基本不独立占用安装空间，分布式安装便于配置，空间利用率高；系统冗余度高、可靠性高，通过优化散热去除风扇可将可靠性从五年提高到二十年，单个模块失效不会对整个系统造成影响。 本文的微型光伏逆变器选择DCM的反激型逆变器拓扑，目标高效高功率密度、低成本和高可靠性。本文首先对反激型并网逆变器的参数进行了设计，采用双路交错并联反激减小开关管应力和输入输出电流谐波，对比了RCD和有源钳位两种漏感能量的吸收方法。鉴于分布式并网标准对入网电流有着严格的要求，本文接着对并网电流环进行了建模和优化控制，研究了带谐波补偿的比例谐振控制方法。随着光照等环境的持续变化，光伏系统有其特有的输出特征，本文研究了针对PV系统的最大功率跟踪技术，并采用两种方法解决直流母线电压崩溃的问题；为了提高并网逆变器的欧洲效率，本文采用跳周期控制的方法，提高逆变器在低功率处的效率。在分析和仿真的基础上，基于DSP28035，设计了230W微型光伏并网逆变器实验平台，实现了基本功能，实验结果验证了理论分析的正确性。 【关键词】：微型光伏并网逆变器 交错并联有源钳位反激 损耗分析 跳周期控制 高效低成本
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究背景14-16
• 1.1.1 能源危机与可再生能源14
• 1.1.2 太阳能光伏发电14-16
• 1.2 微型光伏并网逆变器背景16-19
• 1.2.1 光伏并网的典型组合结构16-17
• 1.2.2 微型逆变器的结构17-18
• 1.2.3 微型逆变器的发展18-19
• 1.3 微型光伏并网逆变器的特征19-22
• 1.3.1 微型逆变器的特点19-20
• 1.3.2 微型逆变器的拓扑选择20-21
• 1.3.3 并网逆变器的数字控制策略21-22
• 1.4 课题研究内容22-24
• 第二章 反激型并网逆变器设计24-47
• 2.1 反激型并网逆变器工作原理24-29
• 2.1.1 反激型并网逆变器拓扑结构24
• 2.1.2 反激变换器工作模式24-26
• 2.1.3 双路交错并联反激变换器26-27
• 2.1.4 系统控制策略27-29
• 2.2 硬件参数设计29-37
• 2.2.1 原边储能电感设计30-31
• 2.2.2 功率器件选择31-32
• 2.2.3 变压器设计32-33
• 2.2.4 反激输入电容设计33-34
• 2.2.5 反激输出电容设计34-35
• 2.2.6 滤波器设计35-37
• 2.3 漏感能量吸收方法37-43
• 2.3.1 RCD 吸收电路参数设计37-38
• 2.3.2 有源钳位吸收电路电路设计38-42
• 2.3.3 开关管驱动设计42-43
• 2.4 损耗分析43-46
• 2.4.1 反激开关管损耗43-44
• 2.4.2 全桥开关管和整流二极管损耗44
• 2.4.3 变压器损耗44-45
• 2.4.4 总损耗分析45-46
• 2.5 本章小结46-47
• 第三章 并网电流控制47-65
• 3.1 电流环建模47-51
• 3.1.1 DCM 反激变换器建模47-51
• 3.1.2 电流环建模51
• 3.2 比例谐振控制器51-56
• 3.2.1 带谐波补偿的准谐振控制器51-54
• 3.2.2 比例谐振控制对抗电网扰动54
• 3.2.3 比例谐振控制器的数字实现方法54-55
• 3.2.4 比例谐振控制器设计55-56
• 3.3 并网电流波形优化56-60
• 3.3.1 直流分量的抑制56-58
• 3.3.2 电网谐波对入网电流的影响58-60
• 3.3.3 过零点畸变原因分析60
• 3.4 并网实验60-64
• 3.4.1 并网电流测试60-63
• 3.4.2 逆变器效率测试63-64
• 3.5 本章小结64-65
• 第四章 光伏系统的优化设计65-79
• 4.1 太阳能电池的最大功率控制技术65-70
• 4.1.1 光伏电池特性65-66
• 4.1.2 最大功率跟踪技术66-68
• 4.1.3 直流侧电流采样方法68-70
• 4.2 单级式并网逆变器 MPPT 直流母线电压崩溃问题研究70-73
• 4.2.1 直流母线电压崩溃现象70-71
• 4.2.2 现有的避免直流母线电压崩溃的方法71-72
• 4.2.3 改进的扰动观察法72-73
• 4.3 提高并网逆变器欧洲效率的研究73-78
• 4.3.1 欧洲效率的定义73-74
• 4.3.2 跳周期控制方法的原理74
• 4.3.3 脉冲功率的选择74-75
• 4.3.4 直流母线电压范围确定75-77
• 4.3.5 仿真结果77-78
• 4.4 本章小结78-79
• 第五章 软件设计79-92
• 5.1 单相锁相方法比较79-88
• 5.1.1 过零鉴相79-80
• 5.1.2 正弦型乘法器鉴相80-83
• 5.1.3 应用 DQ 变换鉴相83-85
• 5.1.4 参数设计和实验85-88
• 5.2 28035 介绍和软件流程设计88-91
• 5.2.1 DSP 控制器资源分配88-90
• 5.2.2 软件设计90-91
• 5.3 本章小结91-92
• 第六章 总结与展望92-93
• 6.1 全文工作总结92
• 6.2 后续工作展望92-93
• 参考文献93-98
• 致谢98-99
• 在学期间发表的论文及参与完成的项目99

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