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1、 圓 1_| Y3218554 分类号 ： TM6I5 苹位代码：丨 0427 密级： i:开 学 号 ： 20142丨 .0213 项士学位论文 IJ I 基于 DSC的高效并网太阳能微逆变器的研究与设计 f,V, ,1 Vf ： k. ,/ y / f r r A !#* 研究生姓名 导 师 姓名 学 科 （ 领域 ） 丨 .1乂 许惠翔 J： - iy . vVJ, ； ,/ r ， L I l_ d ?愈 V、 , 李念强 信号与信息处理 申 请 学 位 类 别 工学硕士 答 辩 时 间 2017年 6月 3日 万方数据 分类号： TM615 密级：公开 单位代码： 10427 学 号
2、： 2014210213 硬士学位论文 基于 DSC的高效并网太阳能微逆变器的研究与设计 研究生姓名 导师姓名 学科 （ 领 域 ） 申请 学 位 类 别 答 辩 时间 许惠翔 李念强 信号与信息处理 工学硕士 2017年 6月 3日 万方数据 Ifslf The Study of Grid-Connected Photovoltaic Micro-Inverter Related Technologies and Efficiency Based on DSC By XU Hui Xiang Under the Supervision of LI Nian Qiang A Thesis Su
3、bmitted to the University of Jinan In Partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of Master of Engineering Science University of Jinan Jinan, Shandong, P. R. China June, 2017 万方数据 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研宄作出重要贡 献的个人和集体，均己在文
4、中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律责任由本人承担。 论 文 作 者 签 名 ： 曰 期 ： 二 丨 叉 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文和汇编本学 位论文。 W公开 保密 （ _年，解密后应遵守此规定 ) 论文作者签名 : 日期：义 0JU力 万方数据 济南大学硕士学位论文 目录 胃新仑 . 1 1.1本文研究的背景和意义 . 1 1.2国
5、内外太阳能逆变器的发展现状 . 2 1.3论文的主要工作及创新点 . 3 1.3.1论文的主要工作 . 3 1.3.2论文的创新点 . 4 1.4论文结构 . 5 第二章太阳能微逆变器的功能划分及方案设计 . 6 2.1整机功能及主要技术划分 . 6 2.2 SPWM波调制设计方案 . .7 2.3软开关技术设计方案 . 8 2.4漏感能量吸收设计方案 . 9 2.5 MPPT控制算法设计方案 . 11 2.6尖峰电压抑制设计方案 . 14 2.7全波逆变设计方案 . 15 2.8逆变效率 . 16 第三章控制策略和理论公式的创新与修改 . 17 3.1漏感能量吸收 . 17 3.1.1反激式
6、变压器漏感和电压尖峰产生的原因 . 17 3.1.2改进后的漏感吸收和尖峰抑制电路的分析 . 18 3.1.3电路参数理论推导 . 19 3.2输出功率点的稳定 . 20 3.2.1固定电压法、扰动观测法和传统变步长电导增量法优缺点分析 . 21 3.2.2基于功率变步长的 MPPT控制原理 . 22 3.2.3理论推导 . 23 3.3电压尖峰的抑制 . 24 3.3.1尖峰电压产生的原因 . 25 3.3.2电路拓扑及控制策略 . 25 万方数据 基于 DSC的高效并网太阳能微逆变器的研宄与设计 3.3.3修改传统软开关理论公式 . 27 3.4全波逆变相位偏移 . 28 3.4.1零点跌
7、落及相位偏移产生的原因 . 28 3.4.2基于可控硅 H桥结合外部中断算法的同步逆变策略 . 29 第四章逆变器逆变效率等级和测试划分 . 31 4.1逆变器效率等级划分 . 31 4.2效率测试策略 . 32 4.2.1 MPPT效率测试 . 32 4.2.2逆变器整机效率测试 . 34 第五章微逆变器整机性能和效率的前后对比与分析 . 35 5.1优化前后整机测量波形的对比及分析 . 35 5.1.1改进后的半波电路输出波形对比 . 35 5.1.2改进后的 MPPT算法控制策略的输出波形对比 . 37 5.1.3改进后的尖峰电压抑制和软幵关控制策略的输出波形对比 . 39 5.1.4改
8、进后的 全波逆变电路输出波形对比 . 40 5.2整机效率测量及技术关联性分析 . 41 5.2.1整机效率测量 . 41 5.2.2技术关联性分析 . 43 第六章太阳能微逆变器设计的总结与展望 . 45 6.1高效并网太阳能微逆变器研宄与设计的总结 . 45 6.2高效并网太阳能微逆变器的展望 . 46 参 =考 . 48 E M . 54 m M . 55 万方数据 II 济南大学硕士学位论文 摘要 根据目前并网太阳能微逆变器的使用状况而言，微逆变器可以分为集中式、分布式 和自供给式三种。其中，分布式逆变器，亦称微逆变器，因其灵活，便于采集且容易覆 盖的优点，是现在光伏逆变的主流研宄方向
9、。 本文的主要任务是对并网太阳能微逆变器在设计过程中的主要技术问题，进行电 路、算法和数学理论公式的分析、修改、优化和创新，从而提升逆变器整机工作性能和 效率。在对并网太阳能微逆变器的学习和研宄的基础上，通过划分太阳能逆变器系统结 构，细化各部分结构中包含的硬件电路设计和算法实现任务，研宄并设计完成了一台额 定容量为 230VA的样机。对于设计过程中遇到的诸如漏感能量释放导致能量转换效率 降低、最大功率点跟踪不稳定导致能量输出效率降低、电压尖峰现象导致器件啸叫发烫 并使转换效率降低、软开关效果不明显导致开关损耗加剧转换能量流失、交流逆变输出 不稳定导致并网元器件工作异常，以及半波相位偏移和全波
10、零点跌落导致波形失真等问 题，本文主要完成了以下内容： (1) 实现了一种基 于 RCD的漏感能量吸收回馈及抑制尖峰电压的新型电路，降低 逆变半波波形失真和能量消耗，提升整机工作性能，为后续逆变阶段提供良好信号输入。 (2) 实现了一种基于功率变步长结合固定电压、扰动观测和传统变步长电导增量 控制策略优点的 MPPT控制策略。提高太阳能逆变器 MPPT算法效率和能量利用效率， 优化整机工作性能，为后续逆变阶段提供稳定且高效的功率输入。 (3) 实现了一种基于 PI法的尖峰电压抑制在软开关设计中的控制策略。提高整机 工作工程中的安全系数，降低能量损耗，抑制尖峰电压，完成对高频 MOSFET在工作
11、 过程中出现的发 热发烫及啸叫现象的修复，提高能量利用效率。 (4) 实现了一种基于可控硅 H桥结合外部中断算法的同步逆变策略。修改传统 H 桥逆变电路缺陷，硬件电路与软件算法相结合，纠正半波相位偏移，降低全波波形失真， 输出平滑工频正弦波。 (5) 实现了逆变器的稳定输出工作，为后续逆变效率测试提供必要的条件支撑。 (6) 实时测试优化后的逆变器整机性能和逆变效率，实现并网功能。 本文设计的太阳能微逆变器，直流输入 30V50V， 交流输出 230V50HZ， 整机逆变 效率达到 96.2% 97.6%，动态 MPPT效率为 99.62%。 关键字：太阳能逆变器；漏感能量； MPPT控制策略
12、；尖峰电压抑制；逆变效率 万方数据 III 基于 DSC的高效并网太阳能微逆变器的研究与设计 万方数据 IV 济南大学硕士学位论文 Abstract According to uses, Grid connected photovoltaic micro inverter can be divided into three types: centralized, distributed and self-supply. Among them, distributed inverter, which is also called the micro inverter, is now the ma
13、instream research of the photovoltaic inverter, because of its advantages of flexible, easy to collection and cover. The main task of this paper is to analyze, modify, optimize and innovate the main technical problems, circuits, algorithms and mathematical theory formulas in the design process of th
14、e grid connected photovoltaic micro inverter. So as to improve the inverter performance and efficiency of the whole machine. Based on the study and research of grid connected micro inverter, classification the structure of the solar inverter system, subdivision the hard circuit design and the algori
15、thm implementation of the various parts of the structure, and completion the prototype of rated capacity 300VA grid connected photovoltaic micro inverter. In the view of problems, such as the leak inductance energy absorption and reuse, the maximum power point tracking (MPPT), the voltage spike supp
16、ression， the soft-switch, the inverter stable output, the half wave phase shift and the full wave zero drop, existing in the design of grid connected micro inverter, this paper mainly completed the following contents: (1) Presented a new circuit type of RCD leak inductance energy feedback and voltag
17、e suppression. The new type can reduce the distortion, energy consumption of the half wave of the inverter, improve the working performance of the whole machine, and provide better single input for the subsequent inverter stage. (2) Presented a method of MPPT control based on power varibale step-size, combining the advantages of the constant-voltage method, the perturb-observe(P leakage inductance energy; MPPT method; voltage spike suppression; soft switching control strategy; synchronous inverter strategy; inverter efficiency 万方数据 VI