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微型光伏并网逆变器设计及优化策略的研究

关注热度:120   来源:新能源学术论文  作者:凌梦
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【摘要】:作为一种清洁无污染的能源,太阳能光伏的发展获得全球越来越多的关注,太阳能光伏发电技术的研究已经广泛展开。本文详细论述了光伏并网微逆变器研究的意义和优点,以及它的关键技术。紧接着介绍了微型逆变器的各个组成部分,简明扼要的说明了下几种常见的DC/DC变换拓扑结构,确定了交错反激式转换器作为本论文所采用的拓扑结构和整体框架。最后给出了本文所采用的微型逆变器主电路以及其他各个模块电路的设计。控制策略方面,本文对整个控制架构进行了模块划分,采用状态机来确定系统的工作模式,并且详细阐述了该状态机的工作机理;同时确定采用干扰观测法作为最大功率跟踪控制结构;电流控制是微型逆变器控制系统中最重要的环节,本文就控制目标,一般的控制方式作了详细的阐述,通过对比,选择了平均电流模式作为本文的总体控制策略。并且给出了几个关键模块的控制机理,最后还建立了该控制结构的matlab simulink模型,并作了系统仿真,追踪效果明显。在系统优化方面,首先本文分析了传统电导增量法实现最大功率点跟踪的利与弊,并在此基础上提出了一种改进的电导增量法的算法,并加入了变步长的环节,最后使用FPGA实现了基于这种算法的一种纯数字化的太阳能MPPT控制的电路结构。改进的控制算法使系统的输出功率精度提高了10.14%,理论与实际测量相符合,系统设计基本达到了设计要求;在介绍基于微型逆变器的太阳能光伏并网系统的原理及利弊的基础上,本文提出了一种基于该系统结构的新思路,根据输入功率的大小来决定太阳能电池板组跟光伏微逆变器组的连接方式。与现有技术相比较,本文提供的技术方案能够大大提高太阳能光伏系统的工作电压范围以及使微逆变器工作在高转换效率的时间也得以增大不少。具有重要的实际应用意义。
【关键词】:光伏并网系统 微型逆变器 平均电流模式 MPPT FPGA 电导增量法 太阳能电池板接入方式选择器
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM615;TM464
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-10
  • 第一章 绪论10-21
  • 1.1 世界能源形势10-11
  • 1.2 太阳能光伏并网发电系统介绍11-14
  • 1.2.1 太阳能光伏并网发电系统概述11-13
  • 1.2.2 光伏发电产业现状以及发展趋势13-14
  • 1.3 逆变器的趋势--微型逆变器14-18
  • 1.3.1 微型逆变器的研究意义14-15
  • 1.3.2 微型光伏并网逆变器的特点15
  • 1.3.3 微逆变器的关键性技术15-17
  • 1.3.4 微逆变器的发展现状17-18
  • 1.4 课题来源18-19
  • 1.5 论文主要工作和组织结构19-21
  • 第二章 微型逆变器的硬件系统设计21-42
  • 2.1 微型逆变器的总体设计框图21-22
  • 2.2 系统的技术指标要求22
  • 2.3 交错反激的微型逆变器整体框架及信号水平22-24
  • 2.4 DC/DC变换器的拓扑选择24-30
  • 2.4.1 降压(buck)转换器25-26
  • 2.4.2 升压(boost)转换器26-28
  • 2.4.3 反激式DC/DC变换电路28-30
  • 2.5 微型逆变器主电路设计30-34
  • 2.5.1 交错反激型DC/DC变换器30-31
  • 2.5.2 设计规格31-32
  • 2.5.3 反激MOSFET32-33
  • 2.5.4 交错反激型DC/DC变换器电路仿真33-34
  • 2.6 其他电路模块的设计34-42
  • 2.6.1 SCR全桥电路设计34-36
  • 2.6.2 电压和电流采样电路设计36-39
  • 2.6.3 驱动电路设计39-42
  • 第三章 微型逆变器控制技术42-64
  • 3.1 微型逆变器控制策略的分析42-43
  • 3.2 系统控制状态机43-45
  • 3.3 光伏电池最大功率跟踪控制结构45-54
  • 3.3.1 光伏电池原理与特性45-48
  • 3.3.2 功率点跟踪控制(MPPT)48-53
  • 3.3.3 采用的MPPT算法53-54
  • 3.4 微型逆变器并网电流控制的选择54-61
  • 3.4.1 控制目标54
  • 3.4.2 控制方式54-58
  • 3.4.3 本文的总体控制策略58
  • 3.4.4 具体控制环58-61
  • 3.5 仿真及结果分析61-64
  • 第四章 基于微型逆变器的光伏系统的优化设计64-78
  • 4.1 MPPT算法的优化及FPGA实现64-70
  • 4.1.1 传统的电导增量法64-67
  • 4.1.2 电导增量法算法的优化67-68
  • 4.1.3 MPPT模块FPGA的实现68-69
  • 4.1.4 实验结果及分析69-70
  • 4.2 基于太阳能电池板接入方式选择器的光伏并网发电系统70-78
  • 4.2.1 基于微型逆变器的光伏并网发电系统70-71
  • 4.2.2 基于太阳能电池板接入方式选择器的光伏并网发电系统71-74
  • 4.2.3 控制策略74-76
  • 4.2.4 结论76-78
  • 第五章 工作总结与展望78-80
  • 5.1 结论78-79
  • 5.2 展望79-80
  • 硕士期间主要成果80-81
  • 参考文献81-83
  • 致谢83-84


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关键词: 光伏并网系统

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