交错反激微功率光伏逆变器磁集成研究

作     者：谢超 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：毛行奎

授予年度：2014年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：微功率逆变器 交错反激 磁集成 功率密度 磁芯损耗 电流纹波 

摘      要：太阳能与传统能源如煤、石油、天然气相比,具有储量无限且污染小等优点,合理地利用太阳能可以有效缓解当前的能源危机。太阳能光伏发电技术是利用光伏电池板的光伏效应将太阳能转换为电能,并通过光伏逆变器为设备供电或将电能输送到电网中。与基于中、大功率光伏逆变器的集中式和串式光伏发电架构相比,基于微功率逆变器的交流模块式光伏发电架构具有抗阴影能力强、即插即用、最大程度的分布式发电以及光伏电池板利用率高等特点,已发展为重要的光伏发电架构之一。微功率逆变器作为交流模块式光伏发电架构的关键设备之一,对提高系统的发电效率和降低成本有重要影响。考虑成本及功率等级等因素,目前工业界一般采用交错反激式逆变器作为微功率逆变器拓扑。交错反激逆变器拓扑的特点为两路反激逆变器输入侧与输出侧并联,不仅提高了逆变器的功率等级,同时减小了输入输出侧电流纹波。本文从磁性元件角度出发,提出磁集成技术在交错反激微功率逆变器上的应用。与分立磁件方案相比,采用集成磁件方案可以减小磁性元件的体积与磁芯损耗并降低温升,同时改善反激逆变器的原、副边电流纹波,从而满足微功率光伏逆变器对功率密度、效率和运行环境等方面的严苛要求。针对交错反激微功率光伏逆变器的磁集成研究,本文首先在分立磁件方案的基础上对交错反激逆变器的关键波形和各阶段工作模态进行分析,推导出并网电流的控制策略。其次,本文提出基于交错反激逆变器的高频变压器的解耦磁集成与耦合磁集成两种方案。结合电路和磁路的原理,研究两种集成磁件方案对磁芯体积、磁芯损耗和原、副边电流纹波等几个方面的影响。再次,基于SABER仿真软件搭建了并网电流控制策略和两种集成磁件方案的仿真模型,通过仿真结果验证并网电流控制策略和集成磁件方案的可行性。最后,分别设计一台分立磁件方案样机和一台集成磁件方案样机。通过样机测试的实验结果,得出集成磁件方案可以有效减小磁性元件体积,改善原、副边电流纹波并提高逆变器整体效率的结论,从而验证了集成磁件方案的可行性与有效性。