一种高性价比双通道并网微逆变器研究

摘要

近年来，随着光伏产业的不断发展，光伏并网微逆变器是当前发展的一个趋势。相较于中等以上功率的光伏并网逆变器，功率等级较小的光伏并网微逆变器有着诸多优点。随着技术的不断发展，市场对光伏并网微逆变器的高功率密度、高性价比、高效率提出了越来越高的要求。
　　与传统较大功率的并网逆变器相比，目前光伏并网微逆变器的高成本和低功率密度，导致了低性价比，这严重限制了微逆变器的市场推广。针对这种情况，本文提出了两块光伏组件共用一块光伏逆变器的方案，即双通道光伏并网微逆变器，在这种方案中，两个光伏组件分别接入双通道光伏微逆变器中的两个高频隔离直流电路，高频隔离直流电路在输出端并联后共用一个逆变电路、一个滤波电路，且主电路共用一个控制单元，故大大降低了微逆变器的成本，提高了功率密度。
　　论文通过比较光伏并网微逆变器的几种电路拓扑，总结了它们的优、缺点，在此基础上选择反激电路作为双通道光伏并网微逆变器的高频隔离直流电路。由于反激电路工作时，在逆变器模块的输入侧和输出侧都产生了较大的纹波电流，所以本文双通道的每路高频隔离直流电路均采用两路交错并联的反激电路，且对双通道中的4路反激电路提出了交错控制策略，即4路反激电路中开关管的控制脉冲依次移相90度，从而大大降低了光伏逆变器直流输入侧和交流输出侧的电流纹波，同时可以减小直流侧和输出侧的滤波器，以提高功率密度并降低成本。
　　为了进一步提高光伏并网微逆变器的功率密度和性价比，本文对双通道并网微逆变器提出了一种基于反激电路原边开关管导通电阻的电流检测方法，无须额外的电流传感器。与电阻采样方法相比，提高了效率，与电流传感器采样方法相比，降低了成本。在此基础上，论文进一步提出了一种基于反激变压器原边峰值电流的最大功率跟踪(Maximumpower point tracking，MPPT)快速算法;该MPPT快速算法无须计算平均功率，只需对峰值电流的大小进行比较就能确定最大功率点，故占用数字控制器的资源较少，也不需要对输入电压进行采样，可省去电压传感器进一步降低成本;再通过扰动观察法就能实现最大功率点的跟踪控制。为提高双通道并网微逆变器的效率，论文提出了一种基于可控开关周期的准谐振峰值电流补偿方法，当开关管关断后，选择适当的漏源电压谐振谷点开通开关管。这种可控开关周期的准谐振方法遵循并网电流平均值相等的原则，计算出新的原、副边峰值电流，从而得到开关管的导通和关断时间。提出的方法可有效的控制开关周期，减小开关损耗。论文设计了600W的双通道光伏并网微逆变器，给出了主电路参数的设计方法。通过仿真和实验验证了本文所提出原理和方法的正确性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 光伏微逆变器国内外发展现状

1．3 双通道并网逆变器的研究

1．4 光伏微逆变器拓扑的研究

1．4．1 光伏微逆变器单级式拓扑的研究

1．4．2 光伏微逆变器多级式拓扑的研究

1．5 反激电路拓扑的研究

1．5．1 反激电路中钳位电路的研究

1．5．2 反激电路电流纹波的研究

1．6 传统电流采样电路研究

1．6．1 隔离型电流采样电路

1．6．2 非隔离型电流采样电路

1．7 传统微型并网光伏逆变器的控制策略

1．7．1 定电压跟踪法

1．7．2 电导增量法

1．7．3 扰动观察法

1．8 本文的主要研究内容

第二章 光伏并网微型逆变器工作原理

2．1 双通道光伏并网微逆变器的工作原理

2．1．1 双通道输入模式

2．1．2 四路交错并联反激电路

2．1．3 逆变桥电路拓扑

2．2 反激电路工作原理

2．2．1 反激钳位电路选择

2．2．2 反激电路PCB布局分析

2．2．3 反激电路副边二极管的工作原理

2．3 后级逆变桥工作原理

2．4 峰值电流采样电路的提出

2．5 本章小结

第三章 光伏并网微逆变器的控制策略

3．1 基于峰值电流采样的MPPT快速算法

3．2 电网输出侧电流开环控制策略

3．2．1 临界连续模式电网电流开环控制策略

3．2．2 断续连续模式电网电流开环控制策略

3．3 可控开关周期的准谐振峰值电流补偿控制策略

3．4 本章小结

第四章 双通道并网微逆变器的参数设计

4．1 输入解耦电容设计

4．1．1 电解电容额定电压的选择

4．1．2 电解电容外形尺寸的选择

4．1．3 电解电容参数设计

4．2 反激变压器的设计

4．2．1 骨架和磁芯的选型

4．2．2 变压器原副边绕组的设计

4．2．3 变压器气隙宽度的设计

4．2．4 变压器绕线类型的选择

4．3 反激电路原边开关管的选择

4．4 变压器副边二极管的选择

4．5 采样电路的设计

4．5．1 光伏并网微逆变器输入电压采样

4．5．2 光伏并网微逆变器输入电流采样

4．5．3 电网电压采样

4．6 反激电路MOS管驱动芯片的选型

4．7 逆变桥MOS管驱动设计

4．8 EMI滤波器电路设计

4．9 本章小结

第五章 仿真和实验

5．1 基于PSIM仿真和仿真结果分析

5．1．1 单路反激电路设计仿真

5．1．2 反激峰值电流采样电路仿真

5．1．3 带准谐振补偿控制策略仿真

5．2 实验结果与分析

5．2．1 四路反激电路驱动波形测试

5．2．2 反激原边MOS管漏极电压测试

5．2．3 反激原边MOS管漏极电压测试

5．3 电流采样电路测试

5．4 整机效率测试和PF、THD测试

5．5 关键元器件温升

5．6 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及科研项目

声明