反激式光伏微型逆变器的研究

【摘要】：目前，由于对化石能源等不可再生资源的过度开采和利用，能源危机已经成为世界性的难题。在此背景下，人们将目光转移到取之不尽、用之不竭的太阳能上面。而光伏发电正是利用太阳能的主要方式之一，也是当下研究的热点领域。其中将光伏发电装置与城市建筑有效结合的建筑集成式光伏发电系统因其独特的优势正受到人们的日益关注。 建筑集成式光伏发电系统与传统的大型地面光伏电站不同，传统光伏发电结构因其无法有效解决楼层遮挡等带来的阴影问题对光伏阵列的影响，不适合应用于建筑集成式光伏发电系统。本文首先建立了的光伏电池的仿真模型，研究了光照和温度对光伏电池输出特性的影响，在此基础上进一步分析了光照不统一的情况下串联与并联光伏组件的输出特性，从光伏电池公式入手推到了多峰值现象产生的原因，指出了传统的发电结构在建筑集成发电系统应用中的局限性。通过对仿真结果的分析，表明了本文理论分析的正确性。 对交流模块系统的核心单元微型逆变器进行了研究，阐述了微型逆变器的发展和研究现状，及其设计要求。选择反激式逆变器作为主要研究对象。详细分析反激式逆变器的工作原理，根据微型逆变器的设计要求，对断续模式下反激式逆变器的优化设计进行了研究。主要包括反激式逆变器的占空比设计、激磁电感的选择、高频变压器匝比的选择以及滤波电路参数的选择等。通过分析确定了反激式逆变器的占空比、激磁电感以及变压器匝比的选择范围。结合反激式逆变器的特点，研究了一种单变量最大功率跟踪算法。并通过Matlab/Simulink仿真平台搭建仿真仿真模型，验证了算法的有效性。分析了传统的反激式逆变器在应用为微型逆变器时所面临的问题，指出功率解耦环节对逆变器寿命的影响，通过引入解耦电路对其功率解耦环节进行了改进，并研究了引入功率解耦电路后电路的整体控制方案，仿真结果验证了解耦电路的的有效性及其控制电路的正确性。改进后的反激式逆变器避免了大容值电解电容的使用，提高了逆变器的可靠性和寿命预期。 最后搭建了以TMS320F2812为控制核心的反激式逆变器实验平台，对主要硬件电路和软件设计进行了分析，并进行了部分实验验证。 【关键词】：建筑集成式光伏发电系统 局部阴影 微型逆变器 功率解耦
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 光伏发电的背景与意义9-11
• 1.1.1 光伏发电的背景9-10
• 1.1.2 建筑集成式光伏发电10-11
• 1.2 光伏并网发电系统的构成与分类11-16
• 1.2.1 光伏并网发电系统的构成11-12
• 1.2.2 光伏并网发电系统分类12-16
• 1.3 本文研究的主要内容16-19
• 2 局部阴影情况下光伏阵列输出特性研究19-33
• 2.1 光伏电池建模与输出特性分析19-23
• 2.1.1 光伏电池电流方程19-21
• 2.1.2 光伏电池输出特性仿真分析21-23
• 2.2 局部阴影下光伏电池串联输出特性研究23-28
• 2.2.1 局部阴影情况下串联光伏组件输出特性分析24-27
• 2.2.2 串联输出特性仿真分析27-28
• 2.3 光伏电池并联输出特性研究28-33
• 2.3.1 局部阴影情况下并联光伏组件输出特性分析28-31
• 2.3.2 并联输出特性仿真分析31-33
• 3 反激式光伏并网逆变器的研究33-51
• 3.1 光伏微型逆变器研究概述33-37
• 3.1.1 研究现状33-36
• 3.1.2 光伏微型逆变器技术要求36-37
• 3.2 反激式逆变器工作原理37-39
• 3.2.1 反激是逆变器电路结构37
• 3.2.2 反激式逆变器工作原理分析37-39
• 3.3 反激式逆变器设计39-45
• 3.3.1 占空比选择39-40
• 3.3.2 激磁电感的选取40
• 3.3.3 变压器匝比设计40-43
• 3.3.4 滤波电路参数的选取43-44
• 3.3.5 反激式逆变器仿真44-45
• 3.4 单变量最大功率跟踪算法研究45-50
• 3.4.1 算法原理45-48
• 3.4.2 改进的 MPPT 算法仿真波形48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 4 反激式逆变器功率解耦方案改进51-67
• 4.1 功率解耦分析51-54
• 4.1.1 二次功率扰动51-53
• 4.1.2 功率解耦方案分析53-54
• 4.2 功率解耦改进方案分析54
• 4.3 改进功率解耦方案一54-59
• 4.3.1 电路工作原理54-57
• 4.3.2 控制框图57
• 4.3.3 仿真结果分析57-59
• 4.4 改进功率解耦方案二59-66
• 4.4.1 工作原理59-60
• 4.4.2 解耦电容的选取60-61
• 4.4.3 反激式微型逆变器控制方案61-63
• 4.4.4 仿真结果分析63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 5 实验电路设计与结果分析67-77
• 5.1 硬件电路67-73
• 5.1.1 功率开关管及二极管的选择67-69
• 5.1.2 高频变压器设计69
• 5.1.3 RCD 缓冲电路设计69-70
• 5.1.4 MOSFET 驱动电路设计70-71
• 5.1.5 采样电路设计71-72
• 5.1.6 同步检测电路设计72-73
• 5.2 系统软件设计73-74
• 5.3 部分实验波形分析74-76
• 5.4 本章小结76-77
• 6 结论与展望77-79
• 6.1 主要结论77
• 6.2 后续研究工作的展望77-79
• 致谢79-81
• 参考文献81-85
• 附录85
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录85
• B. 实验装置85

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