500W非隔离型单相光伏并网逆变器的研究与设计

摘要

随着全球对能源的需求越来越大，以及传统化石燃料的不断减少，能源问题变得越来越突出，加大对可再生能源的开发和利用成为世界各国的共识。太阳能作为一种清洁、高效和无限容量的新能源，成为目前可再生能源研究的焦点。太阳能的利用有多种形式，其中光伏并网发电凭借着诸多优点成为一种较有效的方式。光伏并网逆变器作为光伏并网发电系统中一个极为核心的部件得到了广泛的研究。
　　本文提出了一款基于前级Boost升压、后级全桥逆变的两级非隔离型光伏并网逆变设计方案。首先概述了光伏发电的背景以及市场发展前景，其次分析了光伏并网逆变器的基础理论，包括Boost升压和全桥逆变的原理。建立光伏电池的数学模型，并基于输出特性曲线对最大功率点跟踪的原理作了介绍。重点对全桥逆变中电流控制策略和并网故障孤岛检测的理论进行了研究，并通过Matlab/Simulink平台进行了仿真验证。最后，基于上述的理论和仿真分析确定系统的各个参数，并对软硬件进行了设计，包括主电路、控制电路、辅助和保护电路、软件流程控制等。
　　为了进一步提高系统的效率和可靠性，本文在研究了光伏电池的输出伏安特性曲线和最大功率跟踪的原理后，提出了自适应的扰动观察法MPPT，并通过仿真平台验证了算法的优越性，同时提出了电压外环和基于电网电压前馈补偿的电流内环双环控制策略，保证了系统的动态响应能力。为了保证系统的可靠性，同时保证逆变器输出的电能质量，本文研究了故障状态孤岛效应的原理，并对比分析了几种孤岛检测算法，提出了一种改进的周期主动移频式孤岛检测方法。该算法既保证了孤岛检测的可靠性，同时引入的扰动对输出电流的影响较小，使得输出电流的总谐波畸变率较低。
　　基于上述的设计思路，在本次设计中研制了一台500W非隔离型单相光伏并网逆变器实验样机并进行了实验验证。实验结果表明本文所提出设计方案是切实可行的。

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1 绪论

1.1课题背景及研究目的和意义

1.2光伏发电系统概述

1.3光伏发电的国内外研究现状和趋势

1.4 论文主要研究内容

2 光伏并网逆变器的工作原理

2.1光伏并网逆变器的基本结构

2.2前级DC/DC工作原理

2.3后级DC/AC工作原理

2.4本章小结

3 最大功率点跟踪MPPT技术研究

3.1光伏电池的基本原理

3.2最大功率跟踪的基本原理

3.3自适应的扰动观察法

3.4仿真验证

3.5本章小结

4 光伏并网逆变器的控制策略

4.1并网逆变器的电流控制原理

4.2常用的电流控制策略

4.3 电压外环电流内环的双环控制策略

4.4仿真验证

4.5本章小结

5 孤岛检测

5.1孤岛检测概述

5.2孤岛检测的方法

5.3改进的周期主动移频式孤岛效检测方法

5.4 仿真验证

5.5本章小结

6 非隔离型单相光伏并网逆变器软硬件设计及实验分析

6.1 光伏逆变器的设计目标及总体框架

6.2 光伏逆变器的硬件设计

6.3光伏逆变器的软件设计

6.4实验波形和分析

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1总结

7.2 展望

参考文献

在学期间发表论文清单

致谢