反激型光伏并网微逆变器及其控制策略的研究

【摘要】：进入21世纪以来，能源短缺危机以及环境污染问题使得新能源的开发利用受到越来越多的关注。其中太阳能分布广泛、储量无限，利用过程中清洁无污染。作为分布式发电的重要组成部分，传统光伏并网发电架构存在因局部阴影造成太阳能利用率低、光伏组件不匹配产生热斑、整体效率低等问题。因此用于与每块光伏组件集成配备的光伏并网微型逆变器得到研究。每个微逆变器的功率在500W以内，独立控制可保证每块组件都能在最大功率点运行，提高局部阴影遮盖下发电系统的太阳能利用率。 本文研究了一种交错并联有源箝位反激型微逆变器，前级有源箝位反激变换器采用非互补驱动方式，吸收、转移漏感能量，有效抑制了主开关管关断时的电压尖峰，增加了效率优化的可能性。两路交错并联结构，可减小主开关管应力及输入输出电流谐波。本文首先阐述了非互补驱动有源箝位反激变换器的工作原理，分析了微逆变器的主要损耗组成，并据此给出了关键参数的设计参考。其次，针对光伏并网应用场合及本课题的拓扑结构特点，设计了由并网电流控制、最大功率跟踪控制及均流控制三大部分组成的控制策略。对微型逆变器进行了小信号建模，对并网电流控制进行了闭环设计，满足动态性能、稳定性及进网电流质量的要求。设计了带有电压环的最大功率跟踪方法，可快速、准确跟踪最大功率点并有效解决直流母线电压崩溃问题。设计了均流控制，保证两路均衡功率，提高了微逆变器的可靠性及寿命。 最后，本文对整个光伏并网微逆变器系统进行了详细的设计，并搭建了基于TMS320F2812控制的实验平台，在此平台上实现了各项基本功能。实验结果验证了电路原理、控制策略及系统设计的可行性。 【关键词】：微型逆变器 交错并联 有源箝位反激 非互补驱动 最大功率点跟踪 均流控制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 研究背景13
• 1.2 光伏并网微型逆变器背景13-16
• 1.2.1 光伏并网发电典型结构13-15
• 1.2.2 微型逆变器结构及特点15-16
• 1.3 微型逆变器的发展及研究现状16-20
• 1.3.1 微型逆变器的发展历程16-17
• 1.3.2 微型逆变器的研究现状17-20
• 1.4 课题研究内容20-22
• 第二章 工作原理和优化设计22-38
• 2.1 光伏并网微型逆变器拓扑构成22-25
• 2.1.1 升压及逆变电路的选择22
• 2.1.2 漏感能量吸收箝位电路选择22-24
• 2.1.3 主电路拓扑24-25
• 2.2 非互补有源箝位反激变换器的工作原理25-30
• 2.2.1 电感电流连续模式26-28
• 2.2.2 电感电流断续模式28-30
• 2.3 损耗分析30-35
• 2.3.1 开关管损耗31-33
• 2.3.2 变压器损耗33-35
• 2.3.3 晶闸管及副边二极管损耗35
• 2.3.4 输入侧电解电容损耗35
• 2.4 参数优化设计35-37
• 2.4.1 变压器参数优化35-36
• 2.4.2 箝位电路参数优化36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 光伏并网微型逆变器的控制策略38-55
• 3.1 光伏并网微型逆变器的控制系统组成38
• 3.2 并网电流控制38-42
• 3.2.1 微型逆变器的建模38-41
• 3.2.2 电流控制的闭环设计41-42
• 3.3 最大功率跟踪控制42-48
• 3.3.1 光伏电池模型42-44
• 3.3.2 光伏电池输出特性44
• 3.3.3 最大功率点跟踪技术44-46
• 3.3.4 单级式光伏并网逆变器 MPPT 直流母线电压崩溃问题46-47
• 3.3.5 本课题的 MPPT 策略47-48
• 3.4 均流控制48-53
• 3.4.1 常用均流控制方法49-51
• 3.4.2 本课题采用的控制策略51-53
• 3.5 微型逆变器的总体控制53-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第四章 光伏并网微型逆变器的系统设计55-68
• 4.1 光伏并网微型逆变器的设计指标55
• 4.2 光伏并网微型逆变器的硬件设计55-66
• 4.2.1 主功率电路参数设计55-61
• 4.2.2 控制电路设计61-64
• 4.2.3 驱动电路设计64-66
• 4.3 光伏并网微型逆变器的软件设计66-67
• 4.3.1 资源分配及中断设置66
• 4.3.2 微型逆变器的工作状态及切换66-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第五章 实验验证与分析68-73
• 5.1 实验参数68
• 5.2 反激变换器的实验68-70
• 5.3 MPPT 及均流控制实验70-71
• 5.4 并网实验71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 全文工作总结73
• 6.2 后续工作展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 在学期间发表的论文及参与完成的项目80

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