反激式微型光伏逆变器的研究

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随着传统能源的枯竭,环境污染的加剧,可再生能源受到越来越广泛的关注。太阳能是分布最为广泛的可再生能源,光伏发电是一种常用的太阳能利用方式,并网型光伏发电是最常用的光伏发电形式。针对原有并网型光伏发电系统存在的功率损耗、局部阴影覆盖造成热点等缺点,近年来出现了一种将单个光伏电池板与单个电力电子器件集成的新型并网型光伏发电系统——微型光伏逆变器。微型光伏逆变器采用模块化设计,每个模块都有自己的MPPT,可以最大限度的跟踪最大功率,减小功率损耗并消除局部阴影的影响。微型光伏逆变器模块即插即用,可以广泛应用于各种中小功率光伏发电领域。微型光伏逆变器具有输入电压低、输出电压高和功率等级低等特点,因而对其提出了功率密度高、转换效率高、可靠性高和成本低等设计要求。本文研究设计了一种采用交错并联拓扑和有源钳位电路的反激式微型光伏逆变器,全文所做的工作如下。首先,在研究微型光伏逆变器常用拓扑的基础上,采用了反激式的拓扑结构,并对反激变换器不同工作模式进行研究;为了减小输出电流THD并提高变换器的功率等级,前级采用了一种双路交错并联的拓扑结构并分析了其工作过程;为了吸收高频变压器漏感能量并实现主开关管的零电压开通,采用了一种有源钳位的拓扑结构,对钳位电路的原理和工作模式进行研究。然后,研究了微型光伏逆变器的最大功率跟踪控制策略,选择扰动观察法为MPPT方式;采用包括MPPT环、电压环、电流环和均流环的系统控制策略;分析了并网电流控制策略,设计了合适的PI调节器。再次,依据微型光伏逆变器的工作特性和设计要求,对高频变压器、解耦电容、滤波电路和有源钳位电路进行了设计,并依据电压电流应力选择了功率开关器件;根据设计参数,在PSIM中搭建了交错并联有源钳位反激式微型光伏逆变器的主电路和控制电路模型,通过仿真验证了设计合理性。最后,利用DXP,进行了微型光伏逆变器主电路板和传感器板的硬件设计,绘制了原理图和PCB板;选用TMS320F28335作为控制芯片,完成了系统主程序和ADC、CAP等子程序的软件设计;搭建了115W微型光伏逆变器的实验平台。本文通过对微型光伏逆变器的研究、设计、仿真和实验,给出了微型光伏逆变器的系统设计方法,验证了采用交错并联拓扑和有源钳位电路的有效性,能够为以后微型光伏逆变器的进一步研究做一定的参考。
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