单板光伏组件微逆变器技术研究

摘要

随着光伏一体化(BIPV)技术的发展，单板光伏组件配备独立微变流器或微逆变器的并网结构近年来成为光伏发电技术领域的一个研究热点。微逆变器这种小功率并网模块具有体积小，并网灵活，控制简单的特点。本文的主要研究内容是设计实用的单板光伏微逆变器，适合单板大功率光伏组件，额定设计功率250W。
　　本文首先从实际出发，分析了单板大功率光伏组件的伏安特性曲线以及现有的几种常用的最大功率跟踪(MPPT)方法，选用了一种适合微逆变器使用的变步长扰动干扰法。采用两级微逆变器结构，着重研究了前级MPPT控制器和后级逆变器的硬件设计。由于微逆变器服务于单板光伏组件，而单板光伏组件的输出开路电压较低，要实现并网发电，则微逆变器必须具备较高的升压比。因此，本文选用了一种高电压增益变换器作为前级MPPT控制器的拓扑结构，对比同功率等级的常规DC-DC变换器，该变换器具有更好的升压能力，更高的变换效率和更低的功率开关管电压应力。并以此为基础，完成了MPPT控制器的原理图设计、器件选型、控制策略选择及控制算法程序。本文还对后级逆变器的拓扑设计、并网控制策略、PWM调试方式进行了详细阐述，完成了全桥逆变器主功率电路、控制电路的分析设计。最后，实际设计制作了250W微逆变器的原理样机，并在原理样机上完成了功能调试。实验表明，设计结果合理，符合实用要求。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究意义

1．2 国内外研究现状分析

1．3 应用方向及应用前景

2 MPPT控制器的设计

2．1 单相两级光伏并网逆变器的系统结构

2．2 MPPT控制器拓扑的选择

2．2．1 常见拓扑分析比较

2．2．2 高电压增益变换器

2．3 最大功率跟踪技术

2．3．1 光伏电池的等效模型

2．3．2 MPPT方法的比较分析

2．3．3 变步长的扰动干扰法

2．3．4 仿真分析

2．4 MPPT控制器主功率电路设计

2．4．1 高频变压器的设计

2．4．2 开关管Q的选取

2．4．3 二极管的选取

2．4．4 电流传感器的选择

2．4．5 缓冲电路的设计

2．4．6 驱动电路的设计

2．5 MPPT控制器控制电路设计

2．5．1 输入电压检测及保护电路

2．5．2 输入电流调理及保护电路

2．5．3 母线电压检测及保护电路

2．6 本章小结

3 并网逆变器的设计

3．1 并网逆变器的拓扑

3．2 数字控制策略

3．3 逆变器主电路设计

3．3．1 功率开关管的选择

3．3．2 驱动电路的设计

3．3．3 输出滤波器的设计

3．4 逆变器控制电路设计

3．4．1 交流电压检测

3．4．2 电网同步信号

3．4．3 交流电压采样

3．4．4 交流电流采样

3．4．5 过流保护电路

3．5 CPLD逻辑保护

3．6 本章小结

4 软件设计及实验结果分析

4．1 系统资源分配

4．2 软件设计

4．2．1 AD采样校正

4．2．2 系统程序设计

4．3 系统实验结果与分析

4．3．1 MPPT控制器实验

4．3．2 并网实验结果

5 辅助电源的设计

5．1 电源设计分析

5．2 电源电路设计

5．2．1 输入滤波及启动电路

5．2．2 反馈电路

5．2．3 箝位电路

5．2．4 变压器设计

5．3 电源样机

5．4 实验波形

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 未来展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集