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【我的毕设作品】+基于半桥LLC电路的光伏逆变器
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2019/07/08 14:16:48
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lihoushen
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LV1
士兵

QQ截图20160321155901 内容精选】管理员精心选择的优质内容 快来讨论吧


一、光伏逆变器的主电路拓扑采用半桥LLC式,半桥变换器中变压器的利用效率高,且不存在偏磁问题,广泛应用在几百瓦~几千瓦电源中,因此适用于家用光伏逆变器。如图1所示:

Ug1,Ug2表示Q1、Q2的驱动信号,iLm为Lm上流过的电流,iLr为Lr上流过的电流。其工作原理如下:

(1)模态1(t0时刻-t1时刻)

驱动信号Ug1变为高电平的 t0时,上桥臂Q1开通。由于此前iLr为负方向,流过 Q1上的DQ1续流, Q1上电压为0,此时Q1为ZVS开通。 t0时刻之后,iLr为正方向,变压器副边的D1、D4导通,Lm上的电流iLm因电压被箝位在nVo而线性上升。此时谐振过程产生于Cr、Lr间,其频率为fr,

(2)模态2(t1时刻-t2时刻)

模态1过程中,iLr正方向先增大后减小,iLm正方向线性增大, t1时达到iLr=iLm,不再向T副边传递能量。D1、D4关断,Lm上的电流iLm因不再受Vo箝位而参与谐振过程。Lm足够大且谐振周期长,此过程中近似看做iLr=iLm始终保持不变。此阶段,谐振过程产生于Cr与Lr、Lm间,其频率为fm,

(3)模态3(t2时刻-t3时刻)

Ug1变为低电平的 t2时刻,上桥臂Q1开始关断。iLr开始沿正方向减小,但保持为正方向,经下桥臂Q2上DQ2续流,Q2电压为0,此时变压器T副边D2、D3导通。此前D1、D4上电流已下降为0,在t2时刻换流过程中不存在电压电流重叠,实现ZCS关断。此时,T因其自身上能量传递被箝位至-nVo,iLm开始线性正方向减小。此阶段,谐振过程产生于Cr、Lr间,

(4)模态4(t3时刻-t4时刻)

驱动信号Ug2变为高电平的t3时,下桥臂Q2开通。由于此前iLr为正方向,流过 Q2上DQ2续流, Q2上电压为0,此时Q2为ZVS开通。t3时刻之后,iLr为负方向,变压器副边的D2、D3导通。Lm上的电流iLm因电压被箝位在-nVo先减小后反方向线性增大,与模态1类似,此阶段谐振过程产生于Cr、Lr间。

(5)模态5(t4时刻-t5时刻)

模态4过程中,iLr反方向先增大后减小,iLm反方向线性增大, t4时达到iLr=iLm,不再向T副边传递能量。D2、D3关断,Lm上的电流iLm因不再受Vo箝位而参与谐振过程。Lm足够大谐振周期长,此过程中近似看做iLr=iLm始终保持不变。与模态2类似,谐振过程产生于Cr与Lr、Lm间。

(6)模态6(t5时刻-t6时刻)

Ug2变为低电平的 t5时,下桥臂Q2开始关断。iLr开始反方向减小,但保持为负方向,经上桥臂Q1上DQ2续流,Q1电压为0,此时变压器T副边D1、D4导通。此前D2、D3上电流已下降为0,在t5时刻换流过程中不存在电压电流重叠,实现ZCS关断。此时,T因其自身上能量传递被箝位至nVo,iLm开始线性正方向减小。此阶段,谐振过程产生于Cr、Lm间,

详细公式设计无法展示。略

二、

   变换器的设计要求(1)输入电压:电压范围为 420V~620VDC;(2)输出电压:额定输出电压为 30VDC;考虑到变换器外部工作环境的调整,要求输出电压可在 27VDC~33VDC 范围内进行变动;(3)输出电流:连续工作电流 40A;可在电流大于 48A 而小于 56A 情况下工作 1 分钟,在输出电流达 56A 时电路需开启过电流保护功能,立即停止工作;(4)额定功率:1200W;(5)过载功率:1680W;(6)效率:当输入电压与输出电压都在额定情况下,效率必须保证要高于 90%;(7)纹波电压:变换器正常工作时,输出的纹波电压不大于 100mV,纹波系数要小于 1%。

  设计的参数为:变压器原副边线圈匝数比n 0.175,最小电压增益Mmin 0.877,最大电压增益Mmax 1.753,最大归一化频率fnmax 1.2,原边等效阻抗Rac 3.97Ω,电感比值k 0.459,品质因数QZVS 0.495,最小归一化频率fnmin 0.657,特性阻抗Zo 1.77Ω,谐振电容Cr 0.91μF,谐振电感Lr 2.93μH,励磁电感Lm 6.40μH。

三、MPPT仿真分析:

光伏板模型:

MPPT仿真:

仿真过程中,因为相对于环境温度T,光照强度S对输出电流和功率影响较大,因此,设定温度为标准环境温度25℃,观察光照强度突变时,输出电流IPV和功率PPV变化情况。设定起始光照强度1000W/m2,0.3s后突变为 600W/m2,0.6s时突变为 800W/m2,0.9s时恢复为1000W/m2,电池板IPV、PPV变化曲线图分别如图所示。在图中,当光照强度S发生突变后,输出电流IPV能够及时作出调整,经过极短时间(约0.03s)的小幅振荡后,快速追踪到新的MPP处;在图中,当光照强度S发生突变后,输出功率PPV能够不经过振荡,无超调的快速追踪到新的MPP处。仿真验证的设计的MPPT算法能够快速跟随光照变化调整输出功率。

四、后级电路研究

光伏逆变器后级选用正弦脉宽调制的全桥逆变电路,将前级升压LLC升压电路获得的400V直流电压逆变为可以并网或交流负载直接使用的220V、50Hz的交流电压,其电路拓扑如图。

全桥逆变电路作为目前最为常用的DC/AC拓扑之一,由4个开关管Q3、Q4、Q5、Q6构成四个桥臂,上下桥臂不允许同时导通。其工作原理为:开关管Q3、Q6开通时,Q4、Q5处于关断状态,前级LLC升压电路输出Vdc直接加在M、N两点之间;开关管Q4、Q5开通时,Q3、Q6处于关断状态,此时该直流电压Vdc反向施加在M、N两点之间,因此,M、N间的电压为有正有负的交流电压。控制上下桥臂开关管的开通时间和切换频率,再经过滤波处理后,就能得到幅值和频率符合要求的正弦波。四个桥臂的驱动信号通过正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)技术获取的。当两个不相同的窄脉冲作用于同一个惯性环节,如果两者的面积相同,那么引起的响应就是完全一致的。基于此,利用一组幅值相等而宽度不同的窄矩形脉冲信号等效正弦波。控制全桥电路四个桥臂的开断,使M、N间输出为一组幅值为正负Vdc按规律排列的宽度不相同矩形电压信号,就能够得到正弦波。

后级采用LCL滤波,加双环控制:作出其幅频和相频曲线如图,LCL滤波器谐振尖峰得到了很好削弱,在谐振点fr处相位平缓变化。

五、实验

波形图:后级电路输出电压、电流波形

2019/07/08 15:01:52
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电源网-璐璐
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