基于新型H6拓扑的市电互补光储变流器及其控制策略研究

摘要

近年来，由于新能源产业的发展和世界各国政策的支持，光伏发电得到了快速的发展。光伏发电由于清洁无污染、建设成本低、获取便捷等优点，已被广泛应用于分布式发电系统中。目前，一些偏远山区的电网接入仍不稳定，时常出现电网断电或者异常的情况，不仅对当地的居民生活造成不便，还会造成电气设备的损坏。
　　本文设计了一种基于新型H6拓扑的市电互补光储变流器，不仅避免了电网断电或异常导致的电气设备无法使用或损坏的问题，而且消除了共模电压的脉动从而有效抑制了漏电流。基于新型H6拓扑的市电互补光储变流器采用两级式非隔离结构，前级采用两路并联的Buck变换器，实现直流侧光伏电池的降压充电功能以及光伏最大功率点跟踪控制;后级采用Buck/Boost变换器和新型H6拓扑，完成系统的整流和逆变功能。基于提出的新型H6拓扑提出了对应的调制策略，该调制策略改变了拓扑的续流电流路径，使得续流电流只经过MOS管，不经过通态损耗较大的体二极管，从而减小了器件的通态损耗和完全消除了二极管的反向恢复损耗，提高了变流器的工作效率。
　　本文首先对新型市电互补光储变流器的控制策略进行了分析和比较，并对系统的各个部分进行设计，包括DC/DC、DC/AC及滤波部分等。系统采用TMS320F28335芯片进行软件控制，包括MPPT控制、蓄电池充电控制、直流母线稳压控制及逆变器整流逆变控制等。
　　基于本文的理论研究，研制了一套5kVA市电互补光储变流器实验样机，并进行了各项性能指标的测试。实验结果表明，采用本文的系统设计和控制策略能够有效地抑制漏电流，并且系统的工作效率也大幅提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 国内外光伏产业的发展历程和研究现状

1．2．1 国内外光伏产业发展历程

1．2．2 单相并网逆变器拓扑研究现状

1．3 市电互补光储系统概述

1．4 本文研究内容

第二章 市电互补光储系统的控制策略研究

2．1 系统控制框图

2．2 光伏电池最大功率点跟踪控制

2．2．1 光伏电池的数学建模

2．2．2 最大功率点跟踪控制算法

2．2．3 基于Buck变换器的MPPT控制

2．3 蓄电池充电控制

2．3．1 恒定电流充电法

2．3．2 恒定电压充电法

2．3．3 三段式充电法

2．4 直流母线稳压控制

2．5 逆变器离网控制

2．5．1 单相离网逆变器的数学建模

2．5．2 单相离网逆变器的双闭环控制

2．6 逆变器并网控制

2．6．1 单相并网逆变器的数学建模

2．6．2 静止坐标系中单相并网逆变器的控制

2．6．3 同步旋转坐标系中单相并网逆变器的控制

2．6．4 单相并网逆变器电网同步技术

2．7 本章小结

第三章 新型非隔离单相H6逆变器拓扑及控制策略

3．1 新型H6型拓扑结构及其调制策略

3．1．1 拓扑结构

3．1．2 调制策略

3．2 新型H6型拓扑损耗研究

3．3 新型H6型拓扑仿真

3．4 本章小结

第四章 硬件电路设计

4．1 Buck变换器设计

4．1．1 MOSFET的选取

4．1．2 二极管的选取

4．1．3 电感的选取

4．1．4 电流采样电阻选取

4．2 Buck／Boost变换器设计

4．3 DC／AC电路设计

4．3．1 MOSFET的选取

4．3．2 直流侧电容的选取

4．4 继电器电路设计

4．5 驱动电路设计

4．6 功率MOSFET保护电路设计

4．7 采样电路设计

4．7．1 直流电压信号采样

4．7．2 交流电压信号采样

4．7．3 电流信号采样

4．7．4 温度信号检测

4．8 电源电路设计

4．8．1 设计要求

4．8．2 MOSFET的选择

4．8．3 电流采样电阻选择

4．8．4 变压器计算

4．8．5 整流二极管的选取

4．8．6 输出滤波电容的选取

4．9 本章小结

第五章 系统软件设计

5．1 系统程序的结构

5．2 主程序设计

5．2．1 主程序描述

5．2．2 程序流程图

5．2．3 系统状态机设计

5．3 PWM中断服务程序设计

5．3．1 PWM中断服务程序概述

5．3．2 程序流程图

5．4 本章小结

第六章 实验结果及分析

6．1 基于Buck变换器的MPPT充电实验

6．2 离网逆变实验

6．3 并网充电实验

6．4 电流PQ控制实验

6．5 负载突变实验

6．6 离并网切换实验

6．7 新型H6拓扑性能验证实验

6．8 本章小结

第七章 总结和展望

7．1 本文总结

7．2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文