单相非隔离升压光伏逆变器的研究

作     者：龙子康 

作者单位：安徽工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡雪峰

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：光伏发电 非隔离 升压逆变器 最大功率点跟踪 直接功率控制 

摘      要：能源是促进国家经济发展的重要基石,能源安全将直接影响社会稳定和可持续发展。随着社会主义现代化国家建设进程的不断完善,我国能源消费总量已居于世界领先水平,并伴随经济增长趋势日益扩大,能源对我国经济发展的制约随之而来,如能源结构不合理、供给相对不足及环境污染严重等问题日益突出。基于此背景,太阳能等清洁能源发电技术得到广泛应用。作为光伏系统重要接口设备之一,光伏逆变器同样受到国内外众多学者的深入研究。因此,研究适用于光伏发电的逆变器对于高效利用光伏能源具有重要的意义。通常光伏电池输出电压较低,实际应用中需将多个光伏电池组串联以获得较高电压,然后经过光伏逆变器接入电网或者直接供给交流负载。然而,串联较多的光伏电池组容易受到阴影遮挡影响,降低系统效率及可靠性。为解决上述问题,可将BOOST变换器与全桥逆变器级联,该结构可方便地实现将直流侧较低的光伏电压抬升,然后实现功率逆变功能,而且两级电路可独立控制。但是两级式升压逆变器开关器件数量较多,成本高,且会出现级联稳定性问题,需采用大电容进行解耦。针对两级式升压逆变器的不足,本文首先提出一种非隔离升压光伏逆变器(Non-Isolated Step-up Photovoltaic Inverter,ISPI),该拓扑将传统全桥逆变器的每个桥臂与直流升压变换器进行融合,实现升压逆变功能,且减少了开关器件数目,功率密度得到提高。针对所提逆变器进一步比较研究了五种调制方法,概括了各种调制方法的特点,并对所提ILPI的工作原理和稳态特性进行了详细分析。考虑到一般情况下,光伏电池板对地有不同程度漏电流的产生,又进一步提出了一种能够抑制漏电流的非隔离升压光伏逆变器(Non-Isolated Non-Leakage Current Step-up Photovoltaic Inverter,ILSPI),该逆变器使用更少的有源功率器件,并实现漏电流问题的抑制,有利于提高系统效率,在节约成本的同时,系统安全性能得到加强。详细分析了所提ILSPI的工作原理和稳态特性,共模电流和开关器件的损耗情况,且与类似功能的光伏逆变器进行了对比。针对所提ILSPI研究了一种具有最大功率点跟踪功能的直接功率并网控制策略,并构建了仿真模型,针对不同的工作环境进行了仿真,仿真结果为所提控制策略的良好性能作出证明。最后设计了所提逆变器的主电路,采样电路和控制电路,以TMS320F2812为核心控制器搭建了实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。