【摘要】：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和應(yīng)用場合。本文主要針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現(xiàn)MPPT功能。 論文第三章從反激逆變器的交錯并聯(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。針對兩個子電路變壓器勵磁電感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模式之間以及交錯并聯(lián)和單路模式之間的切換,有效提高了逆變器在整個輸出功率范圍內(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Boost兩種模式下的小信號交流模型,根據(jù)該模型對單個功率優(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)計了控制器的電流環(huán),通過對直流母線電壓和電網(wǎng)電壓的前饋補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)紋波補償方法,控制器計算出直流母線電壓中兩倍工頻紋波的瞬時值,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；在并網(wǎng)電流的THD相同的條件下,減小了直流母線電容。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM464;TM615

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2275288