基于交错反激拓扑的光伏并网微逆变器研究

摘要

以煤、石油、天然气为主的传统能源在推动全球经济发展的同时，也带来了全球性的环境污染和能源枯竭。在此背景下，太阳能发电因其丰富的能量来源以及洁净的发电过程，得到了空前的发展。
　　本文对微逆变器设计进行了理论分析、仿真设计和实验验证。微逆变器在太阳能发电中担负升压逆变的作用，考虑到光伏电池输出电压范围较宽和系统控制设计的难度，本文选用了两级式的拓扑结构，前级实现 DC-DC的升压，后级实现 DC-AC的逆变。通过对常用的DC-DC拓扑结构的定性分析比较，设计了前级反激变换电路升压和后级全桥极性反转电路的拓扑结构。为了抑制反激变压器漏感产生的电压尖峰，设计了无能量损耗的有源钳位电路。为了增大系统的功率等级和减小系统输入电流的纹波，设计了交错并联的连接方式。通过对单端有源钳位反激变换电路的工作模式和流程的分析，选择了连续电流模式（ Continuous Current Mode，CCM）的工作方式。
　　通过对太阳能电池板等效物理模型的分析，可以获得电池板的工程数学模型，然后通过Simulink对太阳能电池板的输出特性进行了仿真分析。由于太阳能电池板的输出特性随着温度和光照强度的变化而变化，为了保证太阳能电池板始终工作在最大功率点处，设计了基于扰动观测法的最大功率跟踪（Maximum Power Point Tracker，MPPT）方法。为了保证系统稳定工作的同时使其输出电流与电网同频同相，设计了双环的控制策略：分别是基于PI补偿的电流内环设计和基于MPPT的电压外环设计，然后通过Simulink仿真验证了双环控制策略的可行性。
　　最后通过对系统中主电路部分、控制电路部分等的电压和电流进行分析计算，为选择合适的元器件提供了理论依据，并对系统工作的软件部分进行了分析设计。基于以上的分析设计搭建了一台额定功率为200W、并网电压220V的单相光伏并网微型逆变器，并通过实验验证了设计的可行性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 微型光伏并网逆变器的研究

1.3微逆变器的基本拓扑结构

1.4本文的主要研究内容

第2章 改进的逆变器拓扑结构研究

2.1基本反激拓扑的改进

2.2单端反激电路工作模式的选择

2.3单端有源钳位反激变换器工作流程

2.4微逆变器系统整体拓扑结构

2.5本章小结

第3章 反激式微逆变器控制技术的设计与研究

3.1微逆变器的系统建模

3.2双环控制设计

3.3带双环的系统仿真

3.4本章小结

第4章 系统硬件电路和软件设计

4.1主电路部分设计

4.2控制电路部分设计

4.3软件部分设计

4.4本章小结

第5章 实验结果与分析

5.1实验波形与分析

5.2本章小结

总结和展望

致谢

参考文献

附录