交错反激微功率光伏逆变器的平面磁集成技术研究

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太阳能具有储量大、无污染、投用区域广、不受使用地点的限制等优点,在新能源的开发利用中占重要地位,其中光伏并网发电是利用太阳能的重要形式。交流模块式光伏并网发电架构具有抗阴影能力强、即插即用、光伏电池板利用率高等优点,已得到广泛应用。微功率光伏并网逆变器是交流模块式光伏发电架构的关键设备之一。考虑到成本和功率等级等因素,本文采用交错反激电路后接工频极性反转桥作为微功率光伏并网逆变器的主电路拓扑。采用两路反激并联结构的交错反激电路既提高了逆变器的功率等级,又减小了输入输出侧的电流纹波。针对微功率光伏并网逆变器对功率密度、效率和运行环境等的严苛要求,本文将平面磁集成运用到交错反激微功率光伏并网逆变器中。合理应用磁集成技术可以减小磁性元件的体积,降低磁芯和绕组的损耗,同时改善输入输出侧的电流纹波。同时,磁芯和绕组的平面化具有体积小、表面积大、易于散热、参数一致性好、漏感小等优点。本文首先分析了交错反激微功率光伏并网逆变器的工作原理,并推导出并网电流控制策略的占空比表达式。其次,本文对比分析了不同磁集成方案,重点分析了反向耦合磁集成方案对单路反激稳态电流纹波的影响。同时,基于Saber仿真软件搭建了分立磁件和反向耦合磁集成方案以及并网控制策略的仿真模型,通过仿真结果验证磁集成方案和并网电流控制策略的可行性。再次,对比分析了平面变压器不同绕组布置方案对变压器漏感和绕组交流损耗的影响,并用有限元软件Maxwell 2D对各方案进行仿真。同时分析了绕组边缘效应和气隙扩散磁通的影响。将在PExprt软件中搭建的平面变压器模型导入Simplorer软件中搭建的主电路仿真模型,结合Matlab软件中搭建的控制电路模型一起仿真,验证平面变压器模型的可行性。最后,研制了一台额定输出220W,基于dsPIC33FJ32GS606全数字控制的交错反激微功率光伏并网逆变器实验样机,通过样机测试的实验结果,得出平面磁集成方案能有效改善原副边电流纹波并提高逆变器整体效率的结论,从而验证了平面磁集成方案的可行性与有效性。
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