基于微逆变器的屋顶光伏并网系统的研究

【摘要】：本文以微逆变器为研究对象,对当前的微逆变器的拓扑结构进行了深入的分析研究。每种结构都有自己的优缺点和使用场合,本文选择了电流型微逆变器进行深入研究。由于反激型是电流型微逆变器的基础,所以本文对反激型微逆变器进行详细的分析研究,主要研究了微逆变器的拓扑结构和反激型微逆变器的损耗分布,还对并网的控制技术和最大功率跟踪技术进行了研究和仿真分析,设计了主电路的器件和系统硬件电路,该研究工作对于光伏并网微逆变器具有一定的参考价值。 首先,文章论述了光伏并网结构的分类,随后介绍了微逆变器的概念和微逆变器所具有的优点和不足以及关键性技术。研究了并网微逆变器的拓扑结构的特点,分析了电压型和电流型微逆变器的典型结构优缺点和特点以及应用场合。 其次,文章主要阐述了电流型微逆变器的并网工作原理,然后计算了电路中开关管的电压和电流应力,为后面的开关损耗计算以及变压器、主电路的元器件的选择提供了依据。分析计算了原边开关管和副边开关管、二极管以及变压器的损耗,并绘出电路的损耗的分布图,最终得出与损耗相关的主要因素以及降低损耗需要改变的因素,这对于设计电流型的微逆变器具有重要的指导意义。 再次,文章对光伏并网系统的最大功率跟踪控制问题进行了研究,通过比较分析最大功率跟踪的几种方法,选择适合本设计的最大功率方法,然后研究了最大功率跟踪的控制策略问题,研究分析了多级和单级控制策略以及多级控制中的前级和后级控制,从理论上分析了单级控制中的三环控制和双环控制的区别,同时对最大功率跟踪的算法和效果进行了仿真分析。对固定开关频率的控制方法进行了详细的研究,建立了反激型微逆变器的小信号模型,得到了逆变器传递函数,然后分析网压前馈对进网电流的影响,设计了电流环PI控制器,对进网电流控制的算法和效果进行了仿真分析。 最后,文章对反激电流型微逆变器的主电路器件和硬件电路进行了设计,根据前面的理论分析研究,设计出相对损耗比较低高频变压器、开关管和二极管,并且设计了检测电路和电源管理电路,还对软件的总体设计给予了说明,最后进行了独立负载的实验。 【关键词】：微逆变器 光伏发电 并网控制技术
【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
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究背景及选题意义11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 光伏并网系统结构的分类及发展12-16
• 1.2.2 微逆变器的简介及优缺点16-17
• 1.2.3 微逆变器的关键技术17-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-20
• 第2章 光伏并网微逆变器拓扑研究20-30
• 2.1 光伏并网微逆变器拓扑结构20-25
• 2.1.1 光伏并网微逆变器拓扑结构分类20-21
• 2.1.2 高频链电压型微逆变器拓扑21-23
• 2.1.3 高频链电流型微逆变器拓扑23-25
• 2.2 高效微逆变器拓扑25-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 光伏并网微逆变器电路及损耗分析30-45
• 3.1 光伏并网微逆变器工作原理30-33
• 3.1.1 电路工作原理30-32
• 3.1.2 电路仿真32-33
• 3.2 并网微逆变器电路33-38
• 3.2.1 电路断续工作条件33-34
• 3.2.2 反激变压器断续状态激磁电感条件34-35
• 3.2.3 开关管的应力计算35-38
• 3.3 并网微逆变器电路损耗分布38-44
• 3.3.1 原边开关管损耗38-40
• 3.3.2 副边开关管、二极管损耗40
• 3.3.3 高频变压器损耗40-42
• 3.3.4 损耗分布图42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 微逆变器光伏并网控制技术45-66
• 4.1 最大功率跟踪控制技术45-54
• 4.1.1 最大功率跟踪方法及其比较46-49
• 4.1.2 最大功率跟踪控制策略49-51
• 4.1.3 仿真结果分析51-54
• 4.2 光伏并网控制策略目标54-56
• 4.2.1 并网控制策略54-56
• 4.2.2 并网控制目标56
• 4.3 基于SPWM的电流控制研究56-65
• 4.3.1 反激型微逆变器的建模56-60
• 4.3.2 电网电压前馈60
• 4.3.3 电流环控制器的设计60-62
• 4.3.4 仿真及结果分析62-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 微逆变器光伏并网系统设计66-86
• 5.1 开关器件的选择和高频变压器的设计66-73
• 5.1.1 开关器件的选择66-68
• 5.1.2 高频变压器的设计68-73
• 5.2 输入输出滤波环节的设计73-77
• 5.2.1 输入滤波电容的选择73-74
• 5.2.2 输出滤波环节的设计74-77
• 5.3 系统硬件电路设计77-81
• 5.3.1 直流侧电压电流检测电路77-78
• 5.3.2 交流侧电流检测和过零检测电路78-79
• 5.3.3 驱动电路与电源管理电路79-81
• 5.4 系统软件设计81-83
• 5.5 实验测试83-85
• 5.6 本章小结85-86
• 结论86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文91

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