光伏微逆变器和优化器的研究

【摘要】：随着全世界范围内能源危机和环境污染的问题日益突出,可再生能源的利用越来越得到人们的重视,其中,太阳能作为一种新型的绿色可再生能源,具有存储量大、清洁环保无污染等优点。对于太阳能的利用最重要的技术就是光伏(Photovoltaic, PV)发电技术,从上世纪80年代中期开始研究和使用光伏发电系统,到如今已经形成多种结构的发电系统。各种结构的使用方法不同,发展趋势也各不相同。如多支路式结构、串型结构和主从结构适合较大功率的光伏发电系统,而随着家庭用户的迅猛增加与光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)技术的快速发展,小功率的光伏微逆变器(PVMicro Inverter)和光伏优化器(Solar Power Optimizer, SPO)越来越受到青睐。 本文主要研究了光伏并网发电微逆变器。选择交错并联反激型拓扑,作为单相光伏并网发电微逆变器的前级电路；采取相应的控制策略,前级可实现最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT),并整流输出倍频的正弦馒头电压／电流波形。研究的微逆变器后级电路采用传统的全桥逆变电路,无需复杂的控制,只需在工频下实现倒向,完成并网发电。微逆变器系统的控制环路和传统并网逆变器的一样,主要是MPPT环和电流环,因此系统控制简单、高效。为了消除交错并联两路输入电流的不平衡,设计了输入电流均衡补偿器,从而确保了两路输入电流的平衡。 本课题还研究了光伏优化器,选取桥式Buck-Boost电路作为光伏优化器的主电路,设计了优化器主电路的参数、控制电路的参数和调理电路的参数。 论文中对交错并联反激型并网微逆变器建立了数学建模,并通过Psim软件仿真,验证了数学模型的正确和设计的可行性。在此基础上,研制了一台200W微逆变器实验样机,采用MICROCHIP公司的dsPIC33FJ16GS504单片机作为控制CPU,实现了微逆变器系统的全数字控制。最后的实验结果表明,研究的并网微逆变器具有优良的动态和稳态性能,实现了小功率模块化并网发电。 论文中使用Psim软件对桥式Buck-Boost电路的光伏优化器进行了仿真,验证其控制策略的可行性。在此基础上,研制了一台300W光伏优化器样机,以FREESCALE公司的MC56F8245芯片为控制CPU,实现数字控制。实验结果表明研究的光伏优化器具有高效率和高功率密度。 【关键词】：光伏并网发电 交错并联 微逆变器 光伏优化器 数字控制
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 太阳能发展的现状与背景11-12
• 1.3 太阳能发电系统的结构与分类12-19
• 1.4 主要研究内容19-20
• 第二章 并网微逆变器系统的工作原理20-28
• 2.1 光伏微逆变器的拓扑研究20-22
• 2.2 交错并联反激型光伏并网微逆变器的工作原理22-24
• 2.3 交错并联反激型并网微逆变器软开关分析24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 交错并联反激型并网微逆变器的数学建模28-32
• 3.1 交错并联反激型并网微逆变器的等效电路28-30
• 3.2 反激型并网微逆变器小信号模型30-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第四章 交错并联反激型并网微逆变器参数设计32-46
• 4.1 交错并联反激型并网微逆变器的硬件设计32-39
• 4.1.1 解耦电容设计32-33
• 4.1.2 反激高频开关管的选择33-34
• 4.1.3 高频变压器的设计34-35
• 4.1.4 钳位电容的设计35-36
• 4.1.5 输出整流二极管的选择36-37
• 4.1.6 全桥开关管的选择37
• 4.1.7 EMI滤波器的设计37-39
• 4.2 交错并联反激型并网微逆变器控制环路分析39-43
• 4.2.1 数字锁相环39-40
• 4.2.2 交错并联反激型并网微逆变器MPPT控制40
• 4.2.3 电流控制环控制参数的设计40-42
• 4.2.4 交错并联电路输入电流均衡补偿器设计42-43
• 4.3 交错并联反激型并网微逆变器的仿真与实验43-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第五章 基于桥式BUCK-BOOST光伏优化器的研究46-60
• 5.1 具有升/降压功能的拓扑分析46-47
• 5.2 桥式Buck-Boost光伏优化器的工作原理47-50
• 5.3 光伏优化器主电路参数设计50-55
• 5.3.1 光伏优化器主电路的硬件设计51-52
• 5.3.2 光伏优化器控制电路的设计52-54
• 5.3.3 光伏优化器采样电路的设计54-55
• 5.4 光伏优化器的仿真与实验55-59
• 5.4.1 光伏优化器的建模55-56
• 5.4.2 仿真与实验结果56-59
• 5.5 本章小结59-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 总结60
• 6.2 展望60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-70
• 攻读学位期间发表的学术论文目录70-72

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