光伏微逆变器和优化器的研究

摘要：

随着全世界范围内能源危机和环境污染的问题日益突出,可再生能源的利用越来越得到人们的重视,其中,太阳能作为一种新型的绿色可再生能源,具有存储量大、清洁环保无污染等优点。对于太阳能的利用最重要的技术就是光伏(Photovoltaic, PV)发电技术,从上世纪80年代中期开始研究和使用光伏发电系统,到如今已经形成多种结构的发电系统。各种结构的使用方法不同,发展趋势也各不相同。如多支路式结构、串型结构和主从结构适合较大功率的光伏发电系统,而随着家庭用户的迅猛增加与光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)技术的快速发展,小功率的光伏微逆变器(PVMicro Inverter)和光伏优化器(Solar Power Optimizer, SPO)越来越受到青睐。 本文主要研究了光伏并网发电微逆变器。选择交错并联反激型拓扑,作为单相光伏并网发电微逆变器的前级电路；采取相应的控制策略,前级可实现最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT),并整流输出倍频的正弦馒头电压／电流波形。研究的微逆变器后级电路采用传统的全桥逆变电路,无需复杂的控制,只需在工频下实现倒向,完成并网发电。微逆变器系统的控制环路和传统并网逆变器的一样,主要是MPPT环和电流环,因此系统控制简单、高效。为了消除交错并联两路输入电流的不平衡,设计了输入电流均衡补偿器,从而确保了两路输入电流的平衡。 本课题还研究了光伏优化器,选取桥式Buck-Boost电路作为光伏优化器的主电路,设计了优化器主电路的参数、控制电路的参数和调理电路的参数。 论文中对交错并联反激型并网微逆变器建立了数学建模,并通过Psim软件仿真,验证了数学模型的正确和设计的可行性。在此基础上,研制了一台200W微逆变器实验样机,采用MICROCHIP公司的dsPIC33FJ16GS504单片机作为控制CPU,实现了微逆变器系统的全数字控制。最后的实验结果表明,研究的并网微逆变器具有优良的动态和稳态性能,实现了小功率模块化并网发电。 论文中使用Psim软件对桥式Buck-Boost电路的光伏优化器进行了仿真,验证其控制策略的可行性。在此基础上,研制了一台300W光伏优化器样机,以FREESCALE公司的MC56F8245芯片为控制CPU,实现数字控制。实验结果表明研究的光伏优化器具有高效率和高功率密度。

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