高增益两级式光伏并网逆变器的研究

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光伏逆变器作为光伏发电系统中实现电能转换的核心装置,其中中小功率光伏并网逆变器一般由前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器两级式所构建而成。而目前两级式光伏并网逆变器中单个光伏电池组件输出电压经过DC/DC升压变换,存在电压增益较低、电压应力过大等问题,本文提出了一种高增益两级式光伏并网逆变器,以提高光伏电池组件输出电压的升压比,可以使得并网逆变器达到高增益的目的。首先,通过对传统两级式并网光伏逆变器工作模态的分析,得出了在实现高增益的同时,光伏逆变器存在着电压增益低、电压应力过大等问题。于是对传统两级式光伏并网逆变器进行改进和优化,构建出高增益两级式光伏并网逆变器的电路拓扑。其前级DC/DC变换器在交错并联Boost变换器的基础上,以耦合电感代替原有电感,这样便可通过控制耦合电感的匝数比以及开关管的占空比共同实现电压增益,增加了控制的自由度,此外电容的加入也提高了电压增益。并且无源钳位电路的加入,可以回收耦合电感的漏感能量,共同削减了开关管的电压应力和尖峰,从而构建出了一种基于耦合电感的交错并联DC/DC变换器,再与后级DC/AC三相桥式逆变器相连,形成高增益两级式光伏并网逆变器。其次,对DC/DC变换器的控制策略进行了分析,比较了几种最大功率点跟踪控制算法,并对电导增量法和变步长电导增量法进行了仿真对比分析,验证了后者具有更快的响应速度和稳定性;对后级DC/AC三相逆变器的控制策略进行了分析,选定了基于电压定向的直接电流双闭环控制策略。再次,对高增益两级式光伏并网逆变器进行了软硬件设计,硬件电路主要包括主电路及参数计算、驱动电路、DSP控制电路、采样电路、过电压\过电流保护电路等;软件设计包括主程序和中断程序等相关程序的设计。最后,在Matlab/Simulink平台上搭建了高增益两级式光伏并网逆变器的仿真系统,仿真结果验证了高增益两级式光伏并网逆变器可使电压增益上升到20倍,DC/DC变换器中开关管的电压应力减少到所需直流母线电压的1/3,逆变器输出的并网三相电流谐波含量少,其THD小于5%。因此,此高增益光伏并网逆变器具有非常好的实用价值。图[64]表[3]参[86]
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