3KW光伏并网逆变器的工程设计与测试

摘要

本文以3KW光伏并网逆变器产品研发为背景，介绍了3KW光伏并网逆变器的工程设计及测试过程。通过光伏发电的课题背景以及研究现状分析了光伏并网逆变器的发展前景，表明了研究的目的和意义所在。
　　本文介绍了光伏并网逆变器的拓扑结构，分析指出无变压器非隔离两级式结构逆变效率高，体积小等优点。根据该结构类型研究设计出了前级采用Boost升压，后级采用全桥逆变结构的电路形式。其中包括主电路升压和逆变功率器件选型设计，驱动电路采用光耦隔离驱动形式，具有自保护功能。电流采样利用传感器达到采样精度的需求，逆变输出采用LCL形式进行输出滤波，并网控制采用两组继电器控制合闸并网提高并网可靠性和安全性， TI公司28系列DSP作为主控芯片确保了程序的高速可靠运行。
　　为实现该光伏并网逆变器产品化的设计任务，本文除了实现产品硬件设计外，还对程序部分进行了分析设计与测试。逆变器程序部分摒弃了传统光伏并网逆变器PI算法方案，分析并改进了无差拍控制算法结构，不仅使得谐波量小于标准要求并大幅度提高了并网波形质量。同时程序部分采用变步长扰动观察法实现了MPPT跟踪效率在98％左右。通过主动频移结合被动式检测方法实现了孤岛的检测，确保了逆变器能够在短时间内检测出孤岛并关断逆变输出，提高了产品的可靠性。文章给出了完整的程序流程图，并列出相应保护类别，把保护分为故障性和非故障性进行处理。程序测试结果与市场样机进行了对比，清楚地表明了程序的实用性。
　　本文最后部分进行了样机产品可靠性工程测试。分输入绝缘阻抗测试，启动与运行过程漏电流分析解决，EMC测试分析三个部分进行设计分析。输入绝缘阻抗测试主要是针对光伏板长期露天运行而导致光伏输入部分等接地，可能引起光伏逆变器输入对人身造成安全隐患所设计出的一种检测电路，确保逆变器产品的安全性能。文章解决了逆变器启动和运行过程中漏电流过大所造成的逆变器不能长时间稳定运行问题。分别对逆变器启动和运行过程中的漏电流进行建模分析，并通过simulink仿真得出了启动和运行漏电流情况。通过控制并网继电器合闸相位角、调节电感量和对称性解决了漏电流过大引起的故障问题。文章工程测试部分给出了样机EMC设计方法和测试过程，测试结果显示EMS射频电磁场辐射抗扰度以及EMI辐射发射达不到要求外均能通过测试，这两项还需后续不断改进以达到要求。
　　根据本文介绍内容，研制出了3KW光伏并网逆变器样机一台，并进行了实际工程分析与测试，论证了该研究和设计方法的正确性。

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第一章 绪论

1.1 光伏发电背景

1.2 国内外发展现状

1.3单相光伏并网逆变器简介

1.4本文主要研究内容

第二章 3KW光伏并网逆变器结构及硬件选型设计

2.1 主电路结构与原理分析

2.2主电路器件选型与设计

2.3采样调理电路及驱动电路设计

2.4本章小结

第三章 3KW光伏并网逆变器软件分析设计与测试

3.1 3KW光伏并网逆变器控制系统分析

3.2主控制算法的分析设计与测试

3.3 MPPT分析及效率测试

3.4孤岛检测分析及测试结果

3.5程序流程图

3.6市场样机参数对比

3.7本章小结

第四章 可靠性与稳定性测试分析

4.1 输入绝缘阻抗检测

4.2 3KW光伏并网逆变系统漏电流分析

4.3 EMC设计与测试分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果