高频隔离式光伏并网逆变器的研制

【摘要】： 当前社会的快速发展伴随着极大的能源消耗,能源和环境问题已经日益突出。人类文明的高度发展与地球生存环境的快速恶化已经形成一对十分突出的矛盾,开发利用清洁的可再生能源已经势在必行。太阳能是当前世界上最清洁同时具有大规模开发利用前景的可再生能源之一,世界各国都在积极发展太阳能。光伏发电是太阳能利用的主要形式。并网光伏发电技术是当今世界光伏发电的主要发展方向,是光伏技术步入大规模发电阶段、成为电力工业组成部分之一的重大技术步骤。逆变器是光伏并网系统中的关键性环节,工频隔离并网逆变器存在音频噪音大、体积大且笨重等缺点。本论文在此背景下,对高频隔离并网逆变器进行了较为深入的研究。以3.5KW单相高频隔离并网系统为研究对象,对系统的拓扑选择、参数计算、滤波器设计、控制策略、最大功率点跟踪以及孤岛保护等作了详细分析和研究,主要内容有: 1)介绍并比较了高频隔离式并网逆变器中常用的DC/DC拓扑,阐述了选择高频隔离CUK变换器作为本系统DC/DC部分拓扑的合理性。简要介绍了整个高频隔离光伏并网系统的各个组成部分。 2)对高频隔离CUK电路的工作原理和电路的各个工作状态进行了理论分析,推导了电路中的各关系式,完成了对高频隔离CUK电路拓扑和高频隔离变压器的参数计算。介绍了高频隔离CUK电路的控制方法,完成了对高频隔离CUK变换器控制电路的设计。 3)对单相逆变桥电路的主电路、控制电路和输出滤波器进行了设计,并介绍了单相逆变桥对输出电流实现与电网电压同频同相的控制方法。对实现太阳能电池输出功率和逆变器输出功率解耦的电容进行了设计。 4)逆变器的软件设计,包括MPPT和孤岛保护的软件实现 该系统通过加入高频磁链环节,先通过高频隔离CUK变换器将太阳电池的直流电升压或者降压转化为满足并网要求的直流电压,然后通过桥式逆变电路逆变后,经低通滤波器后直接和电网相连。此系统具有重量轻、体积小、成本低及电池阵列与电网隔离的优点。因此研究高频隔离式光伏并网逆变器具有一定的理论价值和工程实用价值。 【关键词】：光伏逆变器 隔离式Cuk MPPT 电流型并网 孤岛保护
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 致谢7-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 可在再生能源的利用的重要性和必然性13-14
• 1.2 国际上太阳能发电的现状及展望14-15
• 1.3 我国太阳能发电的现状及展望15-16
• 1.4 光伏发电的主要技术问题16-17
• 1.5 本文所作的工作17-18
• 第二章 高频隔离光伏并网系统介绍18-24
• 2.1 光伏并网发电系统简介18-21
• 2.1.1 工频隔离式并网逆变器介绍19
• 2.1.2 高频隔离式并网逆变器介绍19
• 2.1.3 高频隔离式并网逆变器中的DC/DC 拓扑族19-21
• 2.2 高频隔离光伏并网系统的组成21-23
• 2.2.1 太阳能电池板21
• 2.2.2 DC/DC 变换器21-22
• 2.2.3 功率解耦电容22
• 2.2.4 单相逆变桥22-23
• 2.2.5 Γ型LC 低通滤波器23
• 2.3 系统主电路图23
• 本章小结23-24
• 第三章 Cuk 高频隔离变换器的设计24-36
• 3.1 高频隔离式 Cuk 电路拓扑24-25
• 3.2 高频隔离式Cuk 电路的工作原理25-26
• 3.3 高频隔离式Cuk 电路关系式推导26-27
• 3.4 电路拓扑各参数设计27-29
• 3.4.1 开关管27
• 3.4.2 二极管27-28
• 3.4.3 电感28-29
• 3.4.4 C_1、C_2 的选取29
• 3.4.5 输出电容29
• 3.5 高频变压器设计29-33
• 3.5.1 高频变压器的磁芯选择原则29-31
• 3.5.2 Cuk 电路隔离变压器设计31-33
• 3.6 Cuk 控制电路的设计33-35
• 3.6.1 直流采样电路34-35
• 3.6.2 驱动电路35
• 本章小结35-36
• 第四章 单相逆变电路的设计36-43
• 4.1 单相逆变电路拓扑36
• 4.2 IGBT 逆变模块的选择36
• 4.3 功率解耦电容的设计36-38
• 4.4 交流输出Γ型滤波器的设计38-39
• 4.5 单相逆变桥的控制电路设计39-42
• 4.5.1 DSP 外围电路设计39-40
• 4.5.2 电流电压采样电路40-41
• 4.5.3 电网频率捕获电路41
• 4.5.4 过流保护电路41-42
• 4.5.5 驱动电路42
• 本章小结42-43
• 第五章 高频隔离并网逆变器的控制43-53
• 5.1 高频隔离并网逆变器的整体控制策略框图43-44
• 5.2 高频隔离 CUK 电路的控制44-45
• 5.3 单相逆变桥的控制策略45-48
• 5.3.1 输出电流与电网电压同频同相的实现46
• 5.3.2 增量式PI 控制46-47
• 5.3.3 电网前馈环节的作用分析47-48
• 5.4 系统软件设计48-52
• 5.4.1 Freescale56F8036 DSP 介绍48
• 5.4.2 SPWM 波的软件实现48-49
• 5.4.3 系统主程序设计49-50
• 5.4.4 系统中断子程序设计50-51
• 5.4.5 孤岛保护的软件设计51-52
• 本章小结52-53
• 第六章 仿真与总结展望53-55
• 6.1 系统仿真53-54
• 6.2 总结与展望54-55
• 参考文献55-59
• 在读期间发表的论文59-60

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