光伏并网微型逆变器拓扑及控制策略的研究

【摘要】：随着世界能源需求的快速增长和化石能源的逐渐减少，近年来光伏并网发电得到了广泛的研究和应用。现在一般的光伏发电系统中，为了得到一定的功率、电压等级，太阳能电池板都通过串、并联连接。但由于光伏组件存在特性差异和部分阴影等，会引起电池串内部产生不匹配损耗和热斑等现象。为了克服以上缺陷，单个光伏组件并网发电系统可能是未来光伏并网的发展趋势之一。单个光伏组件的功率等级一般来说都在90W到500W之间，则与之配套的逆变器功率也是很小的，所以把这种逆变器称之为“微型逆变器”。 本文总结了现有的微型逆变器拓扑，分析了其工作原理和优缺点，然后通过各种拓扑多方面性能的比较，选择了交错反激式光伏并网微型逆变器拓扑作为继续研究对象。文中详细分析了交错反激式光伏并网微型逆变器拓扑的工作原理和现有的两种控制策略（DCM下的控制策略和BCM下的控制策略），通过两种控制策略的优缺点分析，文中提出了一种混合式控制策略。混合式控制策略适用于逆变器的大功率和小功率场合，还可以提高逆变器在各个功率等级的效率和并网电流质量。文中详细介绍了混合式控制策略的优势和原理，通过MATLAB仿真，也验证了混合式控制策略的可行性。基于第三章中对交错反激式光伏并网微型逆变器的原理和控制策略的研究，第四章用该拓扑设计了一款额定功率为190W的微型逆变器，文中对硬件和软件的设计过程进行了详细的分析。 【关键词】：光伏并网 微型逆变器 拓扑 控制策略
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 致谢7-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 太阳能及其光伏产业12-13
• 1.2 光伏并网发电系统体系结构的发展13-15
• 1.3 微型逆变器的发展和研究概述15-17
• 1.3.1 微型逆变器的发展[7]15-16
• 1.3.2 微型逆变器的研究概述16-17
• 1.4 本论文的研究背景和主要内容17-18
• 第二章 光伏并网微型逆变器拓扑的研究18-31
• 2.1 微型逆变器拓扑结构概述18
• 2.2 电压型高频链微型逆变器18-23
• 2.2.1 反激型电压源高频链微型逆变器19-20
• 2.2.2 串联谐振 DC-DC 和全桥电压源逆变桥构成的微型逆变器20-21
• 2.2.3 “ S. B. Kjaer”微型逆变器21-22
• 2.2.4 推挽串联谐振式微型逆变器22-23
• 2.3 电流型高频链微型逆变器23-29
• 2.3.1 反激型电流源高频链微型逆变器23-24
• 2.3.2 增加 Buck-Boost 的反激型微型逆变器24-25
• 2.3.3 改进式增加 Buck-Boost 的反激型微型逆变器25
• 2.3.4 推挽型光伏并网微型逆变器25-26
• 2.3.5 交错反激式光伏并网微型逆变器26-29
• 2.4 比较和选择29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 交错反激式光伏并网微型逆变器的研究31-49
• 3.1 交错反激式逆变器的拓扑31
• 3.2 交错反激式逆变器的工作原理[26-42]31-33
• 3.3 交错反激式逆变器的控制策略[26-42]33-42
• 3.3.1 工作于 DCM 下的控制策略34-36
• 3.3.2 工作于 BCM 下的控制策略36-38
• 3.3.3 两种控制策略的比较[22,24]38-39
• 3.3.4 混合控制策略39-42
• 3.4 交错反激式逆变器的仿真42-44
• 3.5 微型逆变器的并网电流控制环44
• 3.6 微型逆变器 MPPT 功能的研究44-46
• 3.6.1 光伏阵列最大功率跟踪的方法概述45-46
• 3.6.2 微型逆变器的 MPPT 实现方法46
• 3.7 微型逆变器孤岛检测的研究46-48
• 3.7.1 光伏并网孤岛检测技术的总结46-48
• 3.7.2 微型逆变器孤岛检测方法研究48
• 3.8 本章小结48-49
• 第四章 交错反激式光伏并网微型逆变器的设计49-64
• 4.1 微型逆变器的参考设计参数49
• 4.2 微型逆变器硬件的设计49-58
• 4.2.1 主电路的设计分析49-53
• 4.2.2 检测电路和辅助电源的设计分析53-58
• 4.3 微型逆变器软件的设计58-63
• 4.3.1 系统的运行模式[44]58-60
• 4.3.2 系统的程序设计60-63
• 4.3.2.1 系统的主程序60-61
• 4.3.2.2 初始化子程序61
• 4.3.2.3 检测故障子程序61-62
• 4.3.2.4 最大功率跟踪子程序62
• 4.3.2.5 系统的中断程序62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 总结和展望64-65
• 5.1 本文的主要工作64
• 5.2 今后工作的展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表论文69-70

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