基于TMS320F28027的反激式光伏并网微逆变器的研究与设计

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针对传统光伏并网发电系统中存在的局部阴影导致太阳能利用率低、整机效率低、不易扩展等问题,国内外学者近年来提出了一种新的构架——微型逆变器。  本文对常见的微型逆变器主电路拓扑结构和钳位电路类型进行了概括与总结,选取了基于有源钳位的交错反激式微逆变器作为研究对象。首先对反激式微逆变器在三种工作模式下的工作原理进行了介绍,通过对连续导通模式(CCM)与不连续导通模式(DCM)下的电路参数设计进行分析与对比可知,在同等功率级别下,CCM模式具有更小的电流应力,开关损耗小,具有更高的效率。对CCM模式下的单端反激式微型并网逆变器进行了数学分析,得出了占空比与电流之间的函数关系,进而建立小信号模型,设计了控制系统;为提高系统响应速度,提出了一种改进的电流环设计并给出了系统整体控制策略;在此基础上,为提高微逆变器输出电流的脉动频率,降低对后级滤波的要求,采用交错反激结构,设计了负载平衡环以保证两路反激变换器功率平衡。  其次,通过详细分析反激式微逆变器的主电路损耗可知,系统的损耗主要集中在原边主开关管和变压器的漏感上,为减小系统损耗,一方面采用有源钳位电路对变压器中漏感的能量进行吸收和转移。以三维图形式揭示了钳位电容、漏感与开关频率三者间的关系,为钳位电容与漏感的选取提供了理论依据;另一方面提出互补驱动主、辅助开关管的控制方式,可有效抑制原边主开关管关断瞬间的电压尖峰,实现原边主开关管的零电压开通(ZVS),提高了系统效率。  论文对相关控制策略和有源钳位进行了仿真,并设计了微逆系统的硬件电路和软件,搭建了一台基于TMS320F28027的220W光伏并网反激式微型逆变器试验样机,对理论分析和仿真结果进行了实验验证。
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