光伏并网发电系统中高效率微型逆变器的研究

【摘要】：近几年以来由于世界能源危机的影响,可再生能源的利用得到迅速推广,尤其是光伏发电取得了长足的发展并成为新能源利用的主流之一。随着光伏电池材料和电力电子技术的不断进步,光伏并网发电不断向高效、高功率密度、高可靠性和低成本方向发展,并取得了很大的成绩。 在光伏发电并网系统中,光伏并网微逆变器以其体积小、效率高、安全性、经济性以及易扩展性等独特的优点,成为了光伏并网发电发展的必然趋势。因此本文对其进行了深入的探讨,总结了微型光伏并网系统中常用的拓扑结构及各自优缺点,分析比较后,选取了最适合光伏并网微逆变器的拓扑结构——推挽式电压型高频链微型逆变器。随后对此种微逆变器进行效率分析,探讨电路损耗的主要来源,最终得出降低损耗的有效方法：利用软开关技术使前级推挽式高频变换器工作在串联谐振状态。详细分析串联谐振推挽式电压型高频链微型逆变器的工作原理,并以此作为本系统样机的拓扑结构。详细分析了此电路可行的MPPT控制方式和并网控制策略,比较后得出一种三环节控制方式。 根据以上理论分析,对200W的串联谐振推挽式电压型高频链微逆变器样机进行参数设计,对其主要元器件做了详尽的研究。使用Pspice软件对前级串联谐振和Matlab软件对整体系统进行仿真验证。并设计样机硬件电路,建立微逆变系统实验平台,以对系统进行实物验证,试验结果效率基本达到了技术指标的要求。 【关键词】：光伏并网发电 微型光伏系统 串联谐振推挽式 三闭环控制
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 开发太阳能的意义10
• 1.2 微型光伏系统的发展与研究概述10-12
• 1.2.1 微型光伏系统研究的背景和优势10-11
• 1.2.2 光伏并网微逆变器的关键技术11-12
• 1.3 本文研究的主要内容12-14
• 第2章 微型光伏并网逆变器拓扑的研究14-24
• 2.1 微型逆变器拓扑结构概述14
• 2.2 传统微型光伏并网逆变器14-15
• 2.3 高频链微型光伏并网逆变器15-24
• 2.3.1 电压型高频链微型光伏并网逆变器16-18
• 2.3.2 电流型高频链微型光伏并网逆变器18-24
• 第3章 微型光伏并网逆变器效率的研究24-37
• 3.1 高频链光伏发电系统的损耗问题24-28
• 3.1.1 开关管损耗24-26
• 3.1.2 高频变压器的损耗26-27
• 3.1.3 整流管的损耗27-28
• 3.1.4 其他损耗28
• 3.2 损耗问题解决方案28-36
• 3.2.1 软开关工作下的推挽式高效微逆变器29-34
• 3.2.2 推挽微逆变器软开关工作仿真34-36
• 3.3 串联谐振软开关微逆变器的效率分析36-37
• 第4章 微型光伏并网逆变器的控制结构37-56
• 4.1 光伏电池最大功率跟踪控制结构37-44
• 4.1.1 光伏组件的基本原理37-39
• 4.1.2 光伏组件的仿真建模39-40
• 4.1.3 光伏组件的最大功率点跟踪控制(MPPT)40-44
• 4.2 系统并网控制结构44-47
• 4.2.1 基于SPWM的电流跟踪控制44-46
• 4.2.2 电网电压的前馈补偿46-47
• 4.3 系统总体控制结构47-49
• 4.3.1 三环节控制结构47-48
• 4.3.2 双环节控制结构48-49
• 4.4 系统控制方案仿真验证49-53
• 4.4.1 两种控制方式仿真比较49-52
• 4.4.2 两种控制方式比较分析52-53
• 4.5 系统动态响应仿真53-56
• 4.5.1 不同光照强度的动态响应53-54
• 4.5.2 不同温度的动态响应54-56
• 第5章 微型光伏并网逆变器的硬件结构56-68
• 5.1 系统的技术指标56
• 5.2 系统的技术参数研究56-61
• 5.2.1 串联谐振推挽式变换器57-61
• 5.3 系统硬件电路结构61-65
• 5.3.1 驱动电路61-62
• 5.3.2 光伏电池电压检测及欠压保护电路62-63
• 5.3.3 光伏电池电流检测电路63
• 5.3.4 交流电压检测电路63-64
• 5.3.5 交流电压相位检测电路64
• 5.3.6 交流电流检测及过流保护电路64-65
• 5.4 系统实验结果分析65-68
• 结论68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74

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