非隔离型两级式单相光伏并网发电系统的研究

摘要

本文针对非隔离型单相光伏并网发电系统，对H5、H6及Heric三种具有代表意义的光伏并网逆变电路拓扑进行了深入研究。系统总体采用两级式结构，前级采用零电压过渡Boost电路，后级采用具有共模电流抑制能力的单相逆变电路，同时研究了一种新型电路拓扑。主要包括以下内容:
　　首先，研究了前级Boost升压电路的MPPT算法。根据光伏电池输出特性进行升压，使得满足后级直流母线电压需求，采用零电压过渡Boost电路以降低开关管开关损耗，提高电路效率。采用定电压启动与电导增量法相结合的MPPT算法，使得光伏电池始终工作在最大功率点;
　　其次，研究了后级单相逆变电路抑制共模电流的方案。详细分析了共模电流产生原理，对比分析了H5、H6及Heric三种代表性逆变电路拓扑，总结出共模电流产生规律，并在此基础上设计了一种新型逆变电路拓扑，进行了仿真验证;
　　再次，建立单相逆变电路的数学模型，研究系统的控制策略。利用PSIM仿真软件分别对前级零电压过渡Boost电路及后级并网逆变电路进行开环和闭环等多种情况仿真研究;
　　最后，完成了主电路、采样调理电路、驱动电路等电路设计工作，搭建了基于英飞凌XE164单片机的小功率光伏并网发电系统平台，对零电压过渡Boost电路和H6逆变电路分别进行了实验验证，实验结果表明系统设计正确可行。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 光伏发电产业的发展

1．2．1 国外光伏发电产业的发展

1．2．2 国内光伏发电产业的发展

1．3 单相非隔离型光伏并网逆变器研究现状

1．4 课题的主要工作

2 单相光伏并网发电技术分析

2．1 光伏发电系统分类

2．1．1 可调度式和不可调度式

2．1．2 隔离型和非隔离型

2．1．3 单级式和多级式

2．2 共模电流原理

2．3 典型逆变电路拓扑分析

2．4 系统电路结构选择

2．4．1 前级DC-DC变换器选择

2．4．2 后级逆变电路选择

2．5 光伏电池输出特性

2．6 MPPT跟踪方法

2．6．1 定电压法

2．6．2 扰动观察法

3 系统电路设计

3．1 零电压过渡Boost电路设计

3．2 H6逆变电路参数设计

3．3 LC滤波器设计

4 系统软件实现

4．1 英飞凌单片机介绍

4．2 程序流程图

4．2．1 主程序流程图

4．2．2 MPPT程序流程图

4．2．3 中断程序流程图

5 新型逆变电路原理与几种逆变电路性能分析

5．1 新型逆变电路原理分析

5．2 新型逆变电路仿真

5．3 几种逆变电路性能分析比较

5．3．1 损耗分析

5．3．2 成本比较

6 单相光伏并网发电系统的仿真研究

6．1 ZVT-Boost电路仿真

6．2 后级逆变电路仿真

6．2．1 H5逆变电路仿真

6．2．2 H6逆变电路仿真

6．2．3 Heric逆变电路仿真

6．3 非隔离型单相光伏并网发电系统仿真

7 实验结果与分析

7．1 前级ZVT Boost实验结果

7．2 后级H6逆变电路实验结果

8 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

致谢

参考文献

附录