1kVA单级式光伏并网逆变器的研制

【摘要】：随着能源短缺和环境污染的加剧,可再生能源的开发和利用成为一个越来越受到关注的话题。太阳能并网发电作为太阳能开发利用的主要方式,渐渐成为一个研究热点。但光伏并网发电存在几个需要解决的问题:如何保证太阳能电池阵列以最大功率输出;怎样保证并网电流具有足够的正弦度和满足频率相位要求;使用什么方法可以保证整个系统运行具有较高的效率。 本文以单级式光伏并网逆变器为研究对象,首先,详细分析了光伏电池的特性和等效模型,根据光伏电池的特性介绍了三种常用的最大功率点跟踪方法——固定电压法、扰动观察法、电导增量法的原理,针对传统扰动法带来的跟踪精度和跟踪速度问题以及由于光照剧烈变化带来的“误判”现象,提出了一种改进式的变步长扰动观察法,算法简单,容易实现高精度的跟踪并使光伏电池工作在最大功率点附近。 本文还详细分析了光伏并网逆变器的工作原理和控制方式,对比分析了两种单极性SPWM控制方式的特点,说明了单极性倍频控制下的并网电流具有较小的THD以及在过零处可以平滑过渡,因此本文采用单极性倍频控制。并搭建了逆变器系统的小信号模型,结合双环控制策略,给出了双环控制系统详细的PI参数设计。 最后,本文对整个系统的硬件和软件进行了详细的设计。在设计基础上完成了一台1KVA的单相单级光伏并网逆变器原理样机,进行相关的实验,实验结果表明,采用改进的变步长扰动观察法能够较好的实现跟踪精度,对光伏电池的利用率有较大的提高,系统能够以较高质量的并网电流并入电网,谐波含量、功率因数和效率均能满足指标要求。