模塊化光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中微型逆變器和功率優(yōu)化器結(jié)構(gòu)和控制策略研究.pdf

1、近年來由環(huán)境污染引起的一系列社會問題得到了全社會廣泛的關(guān)注，發(fā)展以光伏為代表的綠色新能源產(chǎn)業(yè)，無疑是解決環(huán)境問題，保持經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重要手段。電力電子技術(shù)作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功率控制與變換的主要技術(shù)手段，迎來了快速發(fā)展的重要契機(jī)。
　　微型逆變器和功率優(yōu)化器作為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中兩種典型的模塊化變流器，是近年來學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究的熱點(diǎn)之一。兩種變流器在結(jié)構(gòu)和功能上既有不少相似之處，也有各自不同的特點(diǎn)和應(yīng)用場合。本文主要針

2、對微型逆變器和功率優(yōu)化器的結(jié)構(gòu)和控制策略進(jìn)行了研究和探討。
　　反激逆變器是微型逆變器結(jié)構(gòu)中的典型代表。論文第二章對反激逆變器工作在DCM、CCM和BCM三種模式時(shí)的電路特性進(jìn)行了分析和歸納，從功率密度、控制復(fù)雜度以及電路損耗等角度進(jìn)行了對比。在此基礎(chǔ)上，論文提出了一種BCM/DCM混合工作模式，在半個(gè)工頻周期內(nèi)反激逆變器交替工作在BCM或者DCM模式，在不增加額外電路成本的前提下提高了逆變器的效率。本文采用峰值電流模式控制變壓器

3、原邊主開關(guān)峰值電流的形狀，利用該峰值電流和并網(wǎng)電流之間的關(guān)系間接實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流的正弦化。論文通過理論推導(dǎo)得到了理想情況下峰值電流基準(zhǔn)的計(jì)算公式，并且分析了非理想情況下電路參數(shù)對并網(wǎng)電流THD的影響。在峰值電流基準(zhǔn)計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，論文提出了一種改進(jìn)的MPPT算法，通過擾動峰值電流基準(zhǔn)公式中的輸出功率變量實(shí)現(xiàn)MPPT功能。
　　論文第三章從反激逆變器的交錯(cuò)并聯(lián)控制和效率提升兩方面對反激逆變器進(jìn)行了分析研究。針對兩個(gè)子電路變壓器勵(lì)磁電感

4、值不相等造成的逆變器效率下降問題，論文提出了一種交錯(cuò)并聯(lián)閉環(huán)相位控制方法，在不影響反激逆變器效率的前提下保證了兩個(gè)子電路具有穩(wěn)定的相位關(guān)系。在Mathcad軟件的幫助下，論文建立了反激逆變器的損耗模型，總結(jié)了各部分損耗的計(jì)算方法。為了提高逆變器在不同輸出功率下的效率，論文提出了一種全功率范圍內(nèi)反激逆變器效率的優(yōu)化方法?？刂破鞲鶕?jù)逆變器的不同輸出功率選擇相應(yīng)的工作模式，通過DCM和BCM模式之間以及交錯(cuò)并聯(lián)和單路模式之間的切換，有效提高了

5、逆變器在整個(gè)輸出功率范圍內(nèi)的效率。
　　論文第四章首先簡要介紹了基于功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其中串聯(lián)在直流母線之間的功率優(yōu)化器只需要完成最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)功能，而后級的逆變電路需要通過穩(wěn)定直流母線電壓維持前后兩級能量的平衡。論文指出了功率優(yōu)化器的輸出電壓范圍受到功率優(yōu)化器所選拓?fù)涞南拗?。為了提高系統(tǒng)的能量利用率，論文采用級聯(lián)型Buck/Boost電路作為功率優(yōu)化器的主電路。在此基礎(chǔ)上，論文建立了功率優(yōu)化器Buck和Boo

6、st兩種模式下的小信號交流模型，根據(jù)該模型對單個(gè)功率優(yōu)化器以及由串聯(lián)功率優(yōu)化器組成的系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。
　　論文第五章首先指出基于功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電系統(tǒng)中的第二級逆變電路必須采用特殊拓?fù)湟砸种葡到y(tǒng)中的共模漏電流。在此基礎(chǔ)上論文提出了一種采用交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的雙Buck逆變電路，并對電路的主要硬件參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。第二級逆變電路采用了傳統(tǒng)的電壓外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)相結(jié)合的控制策略。論文利用精確反饋線性化方法設(shè)計(jì)了控制器的電流環(huán)，通

7、過對直流母線電壓和電網(wǎng)電壓的前饋補(bǔ)償減小了逆變電路輸入輸出電壓擾動對并網(wǎng)電流質(zhì)量的影響。論文根據(jù)逆變器能量守恒原理建立了電壓環(huán)控制器的模型，并且理論證明了直流母線電壓中的兩倍工頻紋波是造成并網(wǎng)電流中三次諧波含量的主要原因。在此基礎(chǔ)上，本章提出了一種新穎的電壓環(huán)紋波補(bǔ)償方法，控制器計(jì)算出直流母線電壓中兩倍工頻紋波的瞬時(shí)值，與傳統(tǒng)直流母線電壓參考值相加作為新的直流母線電壓參考值。在不增加額外元器件的情況下，減小了逆變電路并網(wǎng)電流的THD;在