推挽正激Buck型高频环节并网逆变器研究

论文摘要

随着经济全球化进程的不断加速和工业经济的迅猛发展，能源需求日益增长，能源危机和环境污染也日益严重，寻找新能源已成为当前人类面临的紧迫课题。在所有的可再生能源中，太阳能是一种十分具有潜力的新能源，其应用研究的一个重点是光伏并网发电。并网逆变器作为并网发电系统的重要组成部分，其性能的好坏直接影响着能源利用率的高低。本文详细论述了并网逆变器的研究现状与发展，分析了光伏电池特性及光伏电池的最大功率点跟踪控制，建立了光伏电池的工程数学模型，并在此基础上研究了一种适合于低压大电流输入场合的推挽正激Buck型高频环节并网逆变器。该逆变器由单向推挽正激Buck型直流变换器与极性反转逆变桥构成，采用SPWM电流瞬时值控制策略。本文对推挽正激Buck型高频环节并网逆变器的电路拓扑、电流瞬时值控制策略、稳态原理特性、关键电路参数设计准则等进行了深入的分析研究，并进一步提出了具有光伏电池最大功率点跟踪控制的电流瞬时值反馈控制策略。1kVA40~60VDC/220V50HzAC推挽正激Buck型高频环节并网逆变器的理论分析和仿真结果表明，该逆变器具有电路结构简洁、高频电气隔离、单向功率流、直流变换级工作在SPWM、极性反转逆变桥功率开关电压应力低且为ZVZCS等特点。原理试验证实了该逆变器的正确性与可行性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 人类所面临的能源危机和环境污染
• 1.1.2 太阳能与太阳能并网发电
• 1.2 并网逆变器的现状与发展
• 1.2.1 非电气隔离型并网逆变器
• 1.2.1.1 非电气隔离 Buck 型并网逆变器
• 1.2.1.2 非电气隔离 Boost 型并网逆变器
• 1.2.1.3 非电气隔离 Buck-Boost 型并网逆变器
• 1.2.2 电气隔离型并网逆变器
• 1.2.2.1 低频环节并网逆变器
• 1.2.2.2 高频环节并网逆变器
• 1.3 光伏并网逆变的控制技术
• 1.3.1 并网逆变器的波形控制
• 1.3.2 光伏电池的最大功率点跟踪
• 1.4 本文主要意义和研究内容
• 1.4.1 本文主要意义
• 1.4.2 本文主要研究内容
• 第二章 光伏电池特性及光伏电池的最大功率点跟踪
• 2.1 引言
• 2.2 光伏电池的模型和特性
• 2.2.1 光伏电池的等效电路和数学模型
• 2.2.2 光伏电池的电气特性
• 2.2.3 光伏电池模型的工程化推导
• 2.2.4 基于 Matlab/Simulink 的光伏电池仿真
• 2.3 光伏电池的最大功率点跟踪
• 2.3.1 光伏电池 MPPT 算法分析
• 2.3.1.1 固定电压法（Constant Voltage Tracking－CVT）
• 2.3.1.2 开路电压法（Open Circuit Voltage）
• 2.3.1.3 扰动观察法（Perturbation and Observation－P&O）
• 2.3.1.4 电导增量法（Incremental Conductance）
• 2.3.2 MPPT 研究发展方向
• 2.4 小结
• 第三章 推挽正激 Buck 型高频环节并网逆变器与控制策略
• 3.1 引言
• 3.2 推挽正激 Buck 型高频环节并网逆变器
• 3.2.1 推挽正激式电路结构的演变
• 3.2.2 推挽正激式电路的特点
• 3.3 推挽正激 Buck 型高频环节并网逆变器控制策略
• 3.3.1 并网逆变器的主要控制策略
• 3.3.1.1 滞环比较电流瞬时值控制
• 3.3.1.2 定时比较电流瞬时值控制
• 3.3.1.3 SPWM 电流瞬时值控制
• 3.3.2 推挽正激 Buck 型高频环节并网逆变器控制策略
• 3.4 小结
• 第四章 推挽正激 Buck 型高频环节并网逆变器原理特性
• 4.1 引言
• 4.2 稳态工作原理
• 4.3 环流分析
• 4.4 能量传输分析
• 4.5 箝位电容的大小
• 4.6 输入电流分析
• 4.7 滤波电感电流分析
• 4.8 小结
• 第五章 推挽正激 Buck 型高频环节并网逆变器关键电路参数设计
• 5.1 引言
• 5.2 箝位电容的选取
• 5.3 功率开关电压应力
• 5.4 电流应力的计算
• 5.4.1 滤波电感电流
• 5.4.2 高频变压器绕组电流
• 5.4.3 功率开关电流应力
• 5.4.3.1 推挽正激变换器功率开关
• 5.4.3.2 整流二极管
• 5.4.3.3 极性反转逆变桥功率开关
• 5.5 输出滤波器的设计
• 5.5.1 输出 LCL 滤波器原理
• 5.5.2 输出滤波电感 Lf1、Lf2的确定
• 5.5.3 输出滤波电容 Cf的确定
• 5.6 无损缓冲电路设计
• 5.7 小结
• 第六章 推挽正激 Buck 型高频环节并网逆变器仿真分析
• 6.1 引言
• 6.2 稳态仿真分析与讨论
• 6.3 动态仿真分析与讨论
• 6.3.1 输入电压突变时的仿真分析
• 6.3.2 基准突变时的仿真分析
• 6.3.3 电网电压突变时的仿真分析
• 6.4 小结
• 第七章 推挽正激 Buck 型高频环节并网逆变器设计与原理试验
• 7.1 引言
• 7.2 系统构成
• 7.3 功率电路
• 7.4 控制电路
• 7.4.1 基准正弦电路
• 7.4.2 绝对值电路
• 7.4.3 推挽正激 SPWM 控制电路
• 7.4.4 驱动电路
• 7.4.5 保护电路
• 7.5 功率电路设计与参数选取
• 7.5.1 输入滤波器设计
• 7.5.2 高频变压器设计
• 7.5.2.1 高频变压器匝比
• 7.5.2.2 确定磁芯型号和原、副边绕组匝数
• 7.5.2.3 确定原、副边绕组导线线径
• 7.5.2.4 绕制方式
• 7.5.2.5 参数测试
• 7.5.3 箝位电容设计
• 7.5.4 输出滤波器设计
• 7.5.4.1 输出滤波电感
• 7.5.4.2 输出滤波电容
• 7.5.5 整流桥尖峰电压缓冲电路设计
• 7.5.6 功率器件选择
• 7.6 原理试验结果
• 7.6.1 试验波形
• 7.6.2 试验数据
• 7.7 小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文