交错反激式光伏并网微逆变器的研究与设计

【摘要】：进入新的世纪，伴随着城市化进程加快和人口的快速增长，能源危机越来越严重，因此新能源技术的开发成为了目前热门而又紧迫的议题。太阳能因其取之不尽，清洁安全，被认为是最理想的可再生能源之一。光伏并网逆变器作为光伏电池和电网的接口设备，是并网光伏发电技术的关键，逆变器的性能直接决定光伏系统的发电效率。 本文研究的光伏并网微型逆变器是将单一的太阳能电池板模块从直流电转化为交流电，并在较宽的范围内扫描各独立太阳能电池板下的峰值功率点，避免了大规模电池阵列因为局部损坏或者被遮挡，而造成整个系统的故障。这样，通过对各模块的输出功率进行优化，使得整体的输出功率最大，提高了系统的效率。 本文针对光伏微网并网控制器的特点，研究了结构简单且具有隔离作用的交错反激变换器。在叙述其工作原理的基础上，通过建立简化的反激变换器电路模型，分析了交错反激变换器的控制特点，以最大功率跟踪（MPPT）控制得到的电流为基准，对反激变压器的原边进行平均电流控制，实现半波正弦电流输出；针对交错反激变换器可能出现负载不平衡的现象，增加了负载平衡控制环；对于光伏电池的数学模型，推导出输入解耦电容与光伏电池板利用率的关系，通过选择合适的输入电容容量，有效的提高了系统运行效率。通过Matlab/Simulink仿真验证了上述工作的有效性。 最后设计了一台基于dsPIC的数字化控制的200W实验样机，进行了相应的电路器件选择及程序设计。实验结果表明交错反激式光伏并网逆变器的各种性能指标达到设计要求，而且得到了较好的输出波形，从而验证了该拓扑结构和控制方法的有效性及理论分析的正确性和可行性，为光伏逆变器的实用化和市场化打下了基础。 【关键词】：光伏并网发电系统 交错反激变换器 PV电池板利用率 最大功率点跟踪
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 课题的目的和意义11-13
• 1.2 国内外光伏并网逆变器的研究现状13-23
• 1.2.1 光伏并网逆变器拓扑结构的研究现状14-19
• 1.2.2 最大功率跟踪技术研究现状19-20
• 1.2.3 逆变器控制技术研究现状20-23
• 1.3 光伏并网微逆变器简介及其关键技术23
• 1.4 论文的主要研究内容23-25
• 第二章 系统总体设计及工作机理分析25-32
• 2.1 光伏并网微逆变器系统设计25-27
• 2.1.1 升压电路的选择25-26
• 2.1.2 光伏并网微逆变器的主电路拓扑结构26-27
• 2.2 光伏并网微逆变器的工作机理27-31
• 2.2.1 反激变换器的工作机理27-29
• 2.2.2 交错反激变换器的工作模式29-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 交错反激式变换器的控制技术32-47
• 3.1 反激变换器的控制方式32-34
• 3.1.1 电压模式控制32-33
• 3.1.2 电流模式控制33-34
• 3.2 并网微逆变器控制系统组成34-35
• 3.3 单端反激变换器建模与控制35-41
• 3.3.1 反激变换器的建模35-39
• 3.3.2 反激变换器的控制器设计39-41
• 3.4 交错反激变换器负载平衡控制技术41-43
• 3.5 单位功率因数并网的控制技术43-44
• 3.6 交错反激变换器 SIMUlink 仿真44-46
• 3.7 本章小结46-47
• 第四章 最大功率跟踪与输入解耦技术47-56
• 4.1 光伏电池的输出特性47-49
• 4.1.1 光伏电池数学模型47-48
• 4.1.2 光伏电池输出特性曲线48
• 4.1.3 最大功率点48-49
• 4.2 最大功率跟踪技术49-51
• 4.3 PV 电池板利用率与输入电容关系51-53
• 4.4 光伏电池建模与最大功率跟踪的 SIMUlink 仿真53-55
• 4.4.1 光伏电池建模仿真53-54
• 4.4.2 最大功率跟踪仿真54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 光伏并网微逆变器的设计与实验研究56-73
• 5.1 逆变器并网系统的硬件设计56-64
• 5.1.1 逆变器主要器件参数设计56-61
• 5.1.2 EMI 滤波电路设计61
• 5.1.3 电压、电流采样电路设计61-63
• 5.1.4 驱动电路设计63-64
• 5.2 逆变器并网系统的软件设计64-69
• 5.2.1 系统状态转换65-66
• 5.2.2 全桥电路程序设计66-67
• 5.2.3 孤岛检测技术67-69
• 5.3 样机试验研究69-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 结论73-75
• 参考文献75-78
• 在学研究成果78-79
• 致谢79

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