微型光伏并网逆变器电路设计及控制方法研究

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1、微型光伏并网逆变器电路设计及控制方法研究1绪论1.1光伏发电技术概述全球人口的持续增长、人类文明的不断进步带来的不仅仅是科技的发展，还有对资源的加剧消耗。作为现有主体能源的三大化石能源：煤炭、石油和天然气，随着人类的过度消耗正在日渐枯竭，能源危机迫在眉睫。同时，大量开采、使用化石能源不可避免地会破坏原有的自然环境和人们所处的生活环境，威胁人类及其他生物的健康。能源的短缺、环境的污染必然会制约经济的发展、社会的进步，能源、环境与发展已成为当今世界急待解决的问题。在这个背景下，人们开始关注太阳能光伏

2、发电技术。其实太阳能并不是一种新兴能源，自地球上有生命诞生以来，就主要靠太阳提供的热辐射能生存繁衍。太阳能作为一种可再生能源，具有干净、无污染与可持续利用的优点，符合人类对绿色能源的要求，所以太阳能的应用前景十分广阔[1]。目前太阳能光伏发电技术正处在不断地发展和完善的过程中，其主要发展方向为智能化、高功率密度、高效率以及高可靠性。太阳能光伏发电具有很广阔的发展前景，目前已成为世界上许多国家可持续发展的重要战略决策。研究太阳能光伏发电，对于缓解能源危机、保护环境、促进经济的可持续发展具有重大的现

3、实意义。从1958年人类首次在空间卫星的供能领域应用太阳能光伏电池供电发展到今天，其在发电领域的应用已经遍及全球并渗透到我们日常生活当中[2]。20世纪90年代后，能源短缺、环境污染不断地挑战着人类的生存底线，曾经饱受环境污染之苦并已完成工业化进程的欧美发达国家更是不断地寻求开发利用清洁能源。在这样的形势下，光伏发电技术得到迅猛地发展。...........1.2光伏并网逆变器主电路拓扑结构分类由于绝大多数包括并网在内的用电场合需要使用的都是交流电，但是光伏组件(PV)产生的只能是直流电，这样就

4、使光伏发电系统中需要一个关键部件：逆变器，来完成PV直流到并网交流的电能转换。光伏发电技术主电路的研究也就主要体现在逆变器的研究上。光伏发电系统可根据是否与交流电网相连接将其分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统两类。独立光伏发电系统：独立光伏发电系统是指逆变器输出不与电网相连，而是直接接到负载上。如果负载为直流负载，光伏组件可直接供给直流负载；如果为交流负载，光伏组件则通过逆变器将直流变成交流后供给交流负载。蓄电池用来储存电能，当夜间、阴雨天等光伏组件不足以提供负载所需能量时，则由蓄电池向负载

5、供电。独立光伏发电系统中负载只能由光伏发电系统供电，当光伏发电系统受日照、温度等气候条件的影响，导致供给负载的电力不足时，就需要蓄电池来解决这一问题。蓄电池在充放电时会出现能量损失且维护检修成本较高，因此，独立光伏发电系统一般容量较小，主要应用于无线电、路标、岛屿及山区等领域。其结构框图如1-1所示。并网光伏发电系统：并网光伏发电系统是指逆变器输出直接与公共电网连接，为了不对电网产生干扰，这种运行方式要求逆变器输出的电流与公共电网电压的频率相同、相位相同，所以实现比较复杂。在这种模式下，光伏发电

6、系统将能量送回电网。并网光伏发电系统最大的优点是：可省去蓄电池。这使得光伏发电系统的成本大幅度降低，有助于光伏发电系统的快速发展，而且省去了对蓄电池进行维护、检修时产生的费用，因此，该系统受到越来越广泛的关注。其结构框图如1-2所示，图中us为电网电压。.........2微型光伏并网逆变器拓扑结构及其电路设计本章将基于本文所设计的微型光伏并网逆变系统，对系统的整体结构、主电路拓扑以及主电路各点的波形进行详细介绍，并对实现控制与检测功能的部分硬件电路的原理进行全面阐述。2.1系统技术指标在考虑系

7、统成本及微型光伏并网逆变器入网认证要求和标准规范的前提下，对微型光伏并网逆变器提出以下四点技术要求：(1)转换效率高。光伏组件的光电转化率和逆变器的效率两个部分共同决定光伏发电系统的效率。由于光伏组件生产材料及制造工艺等方面的限制，目前很难使光电转换效率提高。因此，提高光伏发电系统效率唯一的途径就是提高逆变器的效率[18]。(2)可靠性高。微型光伏并网逆变器的实际工作环境比较恶劣，处于露天状态，要求有较高的防尘防水等级，所以厂家在生产逆变器时一般采用密封封装来保证它能够在恶劣的环境条件下正常运行

8、，这也带来一个弊端就是不利于对逆变器进行维修。所以要求系统的可靠性高，能长时间稳定工作，并具有自我保护功能。(3)最大功率点跟踪精度高。相对于集中型并网逆变器来说，微型光伏并网逆变器在成本方面相对较高。但其最大的优势是使光伏电站的整体效率得到大幅度提高，所以必然要求尽可能地提高最大功率点跟踪的精度以保障光伏电站整体的效率[19]。(4)输出并网电流失真度小。逆变器输出波形必须符合国家规定的标准，避免对电网造成污染，以确保光伏发电系统在并网工作过程中不会影响连接到电网上的其它设备的正常工作。...