两级式光伏并网微型逆变器的研究与设计

光伏发电系统作为当今新能源技术发展的重要突破,为解决能源紧缺和环境污染两大世纪难题提供了技术支撑,逐渐成为各国研究的热点。其中,微型并网逆变系统以方便快捷的优势成为了光伏发电系统的一个重要分支。

作为微型并网发电系统的核心部分,微型逆变器因体积小,效率高,安装灵活等优点受到越来越多的关注。因此,研究新型高效的微型并网逆变器具有重要的现实意义。

本文以光伏微型逆变器为研究对象,从系统拓扑结构、控制策略等方面出发,重点针对MPPT控制及功率解耦控制两方面展开研究,具体工作如下:(1)分析比较光伏并网逆变器的几种主电路结构,确定本文所研究的单相光伏微型逆变器采用两级式非隔离并网方式,并分别论述了前后级工作原理和控制策略。(2)对于前级直流变换部分,分析了光伏电池的数学模型及输出特性,针对现有MPPT控制技术的不足,提出Super-Twisting二阶滑模控制思想并设计相应的二阶滑模MPPT控制器。

同时,以Boost变换器为基础,针对光伏发电中存在的间歇性扰动问题,将本文提出的二阶滑模控制与传统滑模控制效果进行对比,验证了二阶滑模控制器在抑制抖振和增强鲁棒性方面的优势。(3)对于逆变器交流并网部分,首先分析了两级式并网系统中二次功率扰动产生的原因,并对传统解耦方案中电解电容吸收纹波功率的原理进行阐述。

其次,针对传统电解电容寿命短的缺陷,引入功率解耦变换电路的理念,从理论上揭示了如何减小解耦电容容值从而实现无电解电容技术的原理。接着,在对比分析几种常见的解耦电路的基础上,提出一种交流侧混合升降压解耦电路的思

想,并详细论述了其工作过程,最后搭建仿真模型验证该解耦电路的可行性及有效性。

(4)在理论分析的基础之上,以数字处理芯片TMS320F28335为主控芯片,对所提微型并网逆变器进行了完整的设计,并搭建了500W的实验平台。通过对前级最大功率跟踪和后级功率解耦进行实验分析,验证了本文所提拓扑结构和控制算法可以有效提高最大功率跟踪效率并改善并网电流质量,符合微型逆变器的技术要求。