基于TMS320F28027的反激式光伏并网微逆变器的研究与设计

摘要

针对传统光伏并网发电系统中存在的局部阴影导致太阳能利用率低、整机效率低、不易扩展等问题，国内外学者近年来提出了一种新的构架——微型逆变器。
　　本文对常见的微型逆变器主电路拓扑结构和钳位电路类型进行了概括与总结，选取了基于有源钳位的交错反激式微逆变器作为研究对象。首先对反激式微逆变器在三种工作模式下的工作原理进行了介绍，通过对连续导通模式(CCM)与不连续导通模式(DCM)下的电路参数设计进行分析与对比可知，在同等功率级别下，CCM模式具有更小的电流应力，开关损耗小，具有更高的效率。对CCM模式下的单端反激式微型并网逆变器进行了数学分析，得出了占空比与电流之间的函数关系，进而建立小信号模型，设计了控制系统;为提高系统响应速度，提出了一种改进的电流环设计并给出了系统整体控制策略;在此基础上，为提高微逆变器输出电流的脉动频率，降低对后级滤波的要求，采用交错反激结构，设计了负载平衡环以保证两路反激变换器功率平衡。
　　其次，通过详细分析反激式微逆变器的主电路损耗可知，系统的损耗主要集中在原边主开关管和变压器的漏感上，为减小系统损耗，一方面采用有源钳位电路对变压器中漏感的能量进行吸收和转移。以三维图形式揭示了钳位电容、漏感与开关频率三者间的关系，为钳位电容与漏感的选取提供了理论依据;另一方面提出互补驱动主、辅助开关管的控制方式，可有效抑制原边主开关管关断瞬间的电压尖峰，实现原边主开关管的零电压开通(ZVS)，提高了系统效率。
　　论文对相关控制策略和有源钳位进行了仿真，并设计了微逆系统的硬件电路和软件，搭建了一台基于TMS320F28027的220W光伏并网反激式微型逆变器试验样机，对理论分析和仿真结果进行了实验验证。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 太阳能及中国光伏产业现状

1．2 课题研究背景和意义

1．3 微逆变器研究现状

1．3．1 主电路拓扑

1．3．2 钳位电路类型

1．4 本文研究

1．4．1 本文采用的主电路拓扑

1．4．2 研究的主要内容

第二章 反激式并网微逆变器的原理分析

2．1 单端反激式微逆变器主电路拓扑构成

2．2 反激式变换器工作原理

2．2．1 CCM工作模式

2．2．2 DCM工作模式

2．2．3 BCM工作模式

2．2．4 断续模式与连续模式下应力对比

2．3 单端反激式微逆系统控制系统设计

2．3．1 反激式微逆变器数学分析

2．3．2 反激式微逆系统小信号建模

2．3．3 系统电流闭环设计

2．3．4 系统电压外环设计

2．3．5 反激式微逆变器的整体控制策略

2．4 交错反激式微逆变器的控制策略分析

2．5 仿真结果与分析

2．5．1 单端反激式微逆变器仿真结果与分析

2．5．2 交错反激式微逆变器仿真结果与分析

2．6 本章小结

第三章 基于有源钳位反激式并网逆变器的研究

3．1 系统结构与损耗分析

3．1．1 微逆变器系统结构

3．1．2 损耗分析

3．2 有源钳位电路

3．2．1 基本原理分析

3．2．2 钳位电路设计

3．2．3 有源钳位单端反激式微逆变器控制策略

3．3 有源钳位交错反激式微逆变器控制策略

3．4 仿真结果及其分析

3．4．1 有源钳位单端反激式微逆变器仿真结果与分析

3．4．2 有源钳位交错反激式微逆变器仿真结果与分析

3．5 本章小结

第四章 光伏并网反激式微逆变器的系统设计

4．1 反激式微逆系统设计指标

4．2 光伏并网微逆系统的硬件设计

4．2．1 主功率电路设计

4．2．2 采样控制电路设计

4．2．3 驱动电路设计

4．2．4 供电电源设计

4．3 光伏并网反激式微逆系统的软件设计

4．3．1 DSP资源配置

4．3．2 微逆变器的软件流程规划

4．4 实验结果与分析

4．4．1 实验平台搭建

4．4．2 纯负载实验

4．4．3 有源钳位实验

4．4．3 并网实验

4．5 本章小结

第五章 总结和展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动和成果情况