新型光伏发电用Buck-Boost逆变器的研究

随着传统能源消费的增长、生态环境的日益恶化和人类可持续发展的要求,世界各国都在积极开发无污染可再生的新能源。太阳能资源丰富、分布广泛、可以再生、不污染环境,使得太阳能光伏发电成为新能源开发中的主流。而光伏逆变器是太阳能光伏发电系统中的核心部分,其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个光伏系统的性能和投资。本文研究了一种新型的光伏发电用单级型Buck-Boost逆变器,以TI公司的TMS320F2812为控制芯片,设计了一套1kW具有零电流开通功能的光伏逆变器实验样机。 本文在对近几年光伏逆变器的发展、分类以及拓扑结构、控制方法、应用范围研究的基础上,提出了一种新型单级Buck-Boost光伏逆变器的拓扑结构。该拓扑只需要五个功率开关和两个电力二极管,结构简单紧凑,无需直流分裂电容,开关频率低,通过占空比的调节能在一个功率级内产生幅值高于或低于输入直流电压的交流电压,适用于AC模块。利用串联谐振环节能实现所有开关的零电流开通和辅助开关的零电流关断,减小了开关损耗,提高了系统效率。 文中给出了所提逆变器的拓扑结构组成,详细论述了其工作原理,对该逆变器不同工作状态下的等效电路列式分析,并利用状态空间平均法建立了系统数学模型,进而推导出输入输出特性。根据其输入输出特性,基于传统的SPWM方法对该逆变器的控制进行了Matlab/Simulink仿真。仿真结果表明,传统的SPWM控制方法会导致输出电压波形过零点附近产生畸变。因此对控制方法进行了改进,提出了一种改进的SPWM控制方法,该方法采用带直流偏置的正弦调制波和锯齿载波相比较得到SPWM脉冲信号。两种方法的仿真结果对比表明,改进的SPWM控制方法能消除传统的SPWM控制方法所带来的畸变,大大改善了所提逆变器的性能。 最后进行了一台基于DSP数字化控制的1kW原理样机的设计,包括具体的硬件电路设计及程序设计。实验结果表明:该新型单级Buck-Boost光伏逆变器的性能指标基本达到设计要求,验证了该拓扑结构和改进的SPWM控制方法的有效性及理论分析的正确性和可行性,为光伏逆变器的实用化和市场化提供了基础。