非隔离两级组串式光伏并网逆变器设计

摘要

组串式逆变器作为目前中小型光伏电站系统的核心，能将太阳能电池产生的直流电转化为与电网同频同相的交流电并入电网，因此提升输出电能的质量与效率以保障公共电网的稳定，变得尤为关键。 本文选择交错并联Boost变换器作为前级电路，能够减小输入电流纹波幅值且可靠性更强，对其拓扑结构、工作模态和输出电流纹波等进行深入研究并完成仿真；建立太阳能电池数学模型，说明最大功率点跟踪原理，同时设计变步长电导增量法，以实现最大功率点跟踪并完成仿真，其动态响应速度更快且稳定性好，化解了动态速度与稳态精度的矛盾。选择H6逆变桥作为后级电路，能够有效地抑制共模漏电流，对其拓扑结构、工作模态和共模漏电流等进行深入研究并完成仿真；说明电流控制技术原理，同时设计准比例谐振控制，以对电网电流进行无静差跟踪并完成仿真，其能更好地适应电网频率的变化，输出的电能质量好。 最后，设计以TMS320F28335数字信号处理器为控制芯片的非隔离两级组串式光伏并网逆变器，设计系统主电路及外围电路，并对硬件电路的主要元器件参数和型号进行计算和选择，通过软件实现控制算法、数字锁相环等。搭建实验平台进行并网实验，通过上位机数据和示波器波形，验证逆变器样机的输出电流与电网电压同频同相，电流总谐波满足并网要求，转换效率和功率也较为理想。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 组串式光伏逆变器

1.3.1 单级式与两级式

1.3.2 隔离型与非隔离型

1.3.3 并网型与离网型

1.4 论文主要工作

2 前级DC-DC变换器与最大功率点跟踪技术

2.1 前级DC-DC变换器

2.2 交错并联Boost变换器

2.2.1 拓扑结构

2.2.2 工作模态分析

2.2.3 输入电流纹波分析

2.2.4 仿真结果及分析

2.3 太阳能电池建模与仿真

2.3.1 数学模型

2.3.2 仿真结果及分析

2.4 最大功率点跟踪技术

2.4.1 技术原理

2.4.2 常用控制方法

2.5 变步长电导增量法

2.5.1 方法原理

2.5.2 仿真结果及分析

2.6 本章小结

3 后级DC-AC逆变桥与电流控制技术

3.1 后级DC-AC逆变桥

1.H4 逆变桥

2.H5 逆变桥

3.Heric 逆变桥

4.六开关逆变桥

3.2 H6逆变桥及控制策略

3.2.1 拓扑结构

3.2.2 工作模态分析

3.2.3 仿真结果及分析

3.3 电流控制技术

3.3.1 技术原理

3.3.2 常用控制方法

3.4 准比例谐振控制

3.4.1 控制原理

3.4.2 仿真结果及分析

3.5 本章小结

4 硬件与软件设计

4.1 整体结构设计

4.2 系统主电路设计

4.2.1 前级电路设计

4.2.2 后级电路设计

4.2.3 滤波电路设计

4.3 系统外围电路设计

4.3.1 光伏阵列检测电路设计

4.3.2 电网电压及输出电流检测电路设计

4.3.3 过零检测电路设计

4.3.4 开关器件驱动电路设计

4.3.5 过流保护电路设计

4.3.6 辅助电源电路设计

4.4 SPWM技术及其实现

4.5 数字锁相环技术及其实现

4.6 本章小结

5 实验结果及分析

5.1 实验平台介绍

5.2 实验结果分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢