应用于交流光伏模块系统的高频链反激单相逆变器的研究与设计

论文摘要

近年来,随着化石燃料的产量下降,国际上对开拓可再生能源的兴趣日益增长。太阳能、风能、地热能和潮汐能等能源形式都可以为人类所利用。其中太阳能以其资源丰富、分布广泛、可再生以及无污染等优点得到广泛的应用,尤其是太阳能光伏发电技术最快。太阳能光伏发电是一种将太阳辐射能通过光伏效应,经太阳能电池直接转换为电能的新型发电技术。光伏逆变器作为光伏发电系统的主要研究对象,近几年随着光伏发电的发展,广泛受到学者的关注。光伏逆变器的拓扑结构多种多样,过去主要是集中式逆变器,目前应用较多的是串联式逆变器和多组串联式逆变器。交流光伏模块技术是近几年发展起来的新技术。在这种系统中,光伏模块与逆变器集成在一起,形成一个交流光伏模块,将所有模块输出并联在一起接入电网。这样消除了传统逆变器中逆变器和光伏模块不匹配而造成的功率损失。本文以实际项目为依托,基于交流光伏模块技术,详细的给出了200W单相光伏并网逆变器的研制过程。论文的主要工作如下：(1)总结了光伏发电背景和现状,详细的分析了光伏发电的优缺点,以及光伏发电系统研发过程中的常见问题,为本课题研究的方向找到了突破点。(2)根据本课题设计要求,结合现有拓扑结构的优缺点,本文研究了应用于交流光伏模块系统的单相高频反激并网逆变器拓扑结构,采用多级脉冲序列控制技术和峰值电流控制技术相结合的控制策略。并详细的给出了工作原理和状态分析。(3)针对光伏电池特性和电路等效模型,分析了最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)的原理,并对几种常用的最大功率点跟踪算法的优缺点进行了比较。本文研究了基于功率平衡原理的MPPT算法,实现了最大功率点的快速跟踪。(4)应用MATLAB仿真软件设计了基于多级脉冲序列控制和峰值电流控制下单相高频反激并网逆变器的仿真模型,通过对比分析负载和并网仿真结果,验证了该拓扑的可行性,为逆变器设计时器件的选型提供了参考。(5)详细的给出了功率开关管、反激变压器、LC滤波器、DSP控制器、采样电路、开关管驱动电路等硬件电路的设计,以及基于DSP的多级脉冲序列控制和峰值电流控制的软件设计。(6)结合200w光伏逆变器实验样机,设计了独立运行实验,给出了实验波形。实验结果表明：主电路参数设计合理,成功实现了直流低电压到电网电压的转换,系统效率高,逆变器工作稳定可靠。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光伏发电的背景及意义
• 1.1.1 光伏发电的必要性
• 1.1.2 光伏发电的优势及存在的问题
• 1.2 光伏发电系统分类以及构成
• 1.2.1 光伏发电系统的构成
• 1.2.2 光伏发电系统的分类
• 1.3 光伏发电的发展现状及并网光伏常见问题
• 1.3.1 国外光伏发电发展现状
• 1.3.2 国内光伏发电发展现状
• 1.3.3 光伏并网发电系统常见问题
• 1.4 课题的主要研究内容
• 1.4.1 课题主要研究内容
• 1.4.2 本论文的主要工作
• 第二章 应用单相交流光伏模块系统的高频反激逆变器研究
• 2.1 交流光伏模块系统的现状
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 交流光伏模块系统常见问题
• 2.2 常见单相交流光伏模块逆变器拓扑结构
• 2.2.1 按功率变换级数分类的拓扑结构
• 2.2.2 按变压器分类的拓扑结构
• 2.3 基于BOOST电路和高频反激逆变器拓扑结构及工作原理
• 2.3.1 逆变器的拓扑结构
• 2.3.2 逆变器的工作原理及状态
• 2.4 高频反激逆变器控制策略的研究
• 2.4.1 BOOST电路的多级脉冲序列控制原理
• 2.4.2 反激逆变电路的峰值电流控制
• 2.4.3 功率耦合的改善
• 本章小结
• 第三章 光伏电池的MPPT控制算法的研究
• 3.1 光伏电池概述
• 3.2 光伏电池的特性
• 3.2.1 光伏电池工作原理
• 3.2.2 光伏电池等效模型
• 3.2.3 光伏电池特性
• 3.3 光伏电池的最大功率点跟踪方法
• 3.3.1 MPPT控制基本工作原理
• 3.3.2 现代MPPT常用方法
• 3.4 基于高频反激逆变器的MPPT控制方法
• 3.4.1 最大功率跟踪中BOOST变换器工作状态分析
• 3.4.2 基于高频反激逆变器的MPPT工作原理
• 3.4.3 高频反激逆变器MPPT控制方法优缺点
• 本章小结
• 第四章 系统的MATLAB仿真
• 4.1 MATLAB简介
• 4.2 高频反激逆变器系统的MATLAB仿真
• 4.2.1 系统开环仿真模型的建立
• 4.2.2 电路参数及仿真环境的设置
• 4.2.3 系统开环仿真结果及分析
• 本章小结
• 第五章 系统的软硬件电路设计
• 5.1 逆变器主电路硬件设计
• 5.1.1 高频反激逆变器整体架构分析
• 5.1.2 高频反激逆变器主电路设计
• 5.1.3 高频反激逆变器控制电路设计
• 5.2 系统软件设计
• 5.2.1 DSP软件开发环境简介
• 5.2.2 主程序工作流程设计
• 5.2.3 多级脉冲序列控制的软件设计
• 5.2.4 峰值电流控制的软件设计
• 本章小结
• 第六章 系统实验与分析
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与项目
• 学位论文评阅及答辩情祝表