電力電子技術(shù)-新能源變換技術(shù)教學(xué)課件：6.7 光伏發(fā)電系統(tǒng)中的直流變換器二

新能源變換技術(shù)

光伏發(fā)電系統(tǒng)中的直流變換器直流變換器主電路結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能具有能量密度低的特點(diǎn)在中小功率的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，一般要求電力電子變換過(guò)程中的變換環(huán)節(jié)盡量少，主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，以盡量提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)Buck變換器Boost變換器Buck-Boost變換器闡述了各基本電路的特點(diǎn)以及在光伏發(fā)電系統(tǒng)中可能的應(yīng)用場(chǎng)合，并在此基礎(chǔ)上選擇其中一種電路結(jié)構(gòu)應(yīng)用于系統(tǒng)中。三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)（1）Buck變換器的電路結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)元件儲(chǔ)能和濾波元件在開(kāi)關(guān)S截止時(shí)，二極管VD可保證其輸出電流連續(xù)，所以通常稱為續(xù)流二極管。導(dǎo)通關(guān)斷控制電路決定三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)（1）Buck變換器的電路結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)元件儲(chǔ)能和濾波元件電源Uin向負(fù)載供電，同時(shí)使電感L能量增加，電流流經(jīng)電感L，一部分向電容充電，另一部分流向負(fù)載供電，電路輸出電壓為UO。S導(dǎo)通時(shí)VD截止三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)（1）Buck變換器的電路結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)元件儲(chǔ)能和濾波元件S關(guān)斷時(shí)VD導(dǎo)通當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出電壓平均值為:三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)（1）Buck變換器開(kāi)關(guān)元件儲(chǔ)能和濾波元件式中ton為開(kāi)關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)周期，D為占空比，0<D<1，因此Uo<Uin。適合用于太陽(yáng)電池輸出端電壓高而負(fù)載電壓低的情況。三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)（2）Boost變換器的電路結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通時(shí)，電感L電流增加，電源向電感儲(chǔ)存能量，二極管VD截止，電容C單獨(dú)向負(fù)載供電；開(kāi)關(guān)S截止時(shí)，電感電流減小，釋放能量，電感電流不能突變，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，迫使VD導(dǎo)通，電感L與電源經(jīng)VD向負(fù)載供電，同時(shí)向電容C充電。三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)（2）Boost變換器一、光伏發(fā)電系統(tǒng)直流變換器的特點(diǎn)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出電壓平均值為:（2）Boost變換器式中，ton為開(kāi)關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)周期，D為占空比，0<D<1。由于(1-D)>1，故UO>Uin。適用于負(fù)載電壓高而太陽(yáng)電池輸出電壓低的情況。三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)（3）Buck-Boost變換器開(kāi)關(guān)S導(dǎo)通時(shí)，二極管VD截止，電源Uin向電感L供電使其儲(chǔ)存能量，負(fù)載由電容C供電；開(kāi)關(guān)S截止時(shí)，二極管VD導(dǎo)通，電感L中儲(chǔ)存的能量向負(fù)載釋放，同時(shí)給電容C充電，電源Uin不向電路提供能量。三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)（3）Buck-Boost變換器電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，輸出電壓平均值為:三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)（3）Buck-Boost變換器M為Buck-Boost變換器的電壓升壓比。0<M<無(wú)窮大控制占空比升壓變換降壓變換三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)Buck變換器Boost變換器Buck-Boost變換器太陽(yáng)電池最大功率點(diǎn)跟蹤蓄電池充電光伏水泵系統(tǒng)直流光伏照明系統(tǒng)光伏直流輸電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：都具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、控制易實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)：Boost電路太陽(yáng)電池輸出電壓升高的變換需開(kāi)關(guān)控制以免輸出電壓升壓過(guò)高Buck-Boost電路較寬的輸出電壓范圍增加了開(kāi)關(guān)的電壓應(yīng)力Buck電路局限于降壓輸出的場(chǎng)合三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變環(huán)節(jié)直流側(cè)母線電壓Ud與交流側(cè)輸出電壓U0滿足如下關(guān)系:U01M為輸出電壓基波分量的峰值U01M

≈mUdm為逆變器的調(diào)制比(m≤1)四、直流變換器電路元器件的選擇光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變環(huán)節(jié)直流母線電壓＞輸出電壓基波分量的峰值，通常400V，而太陽(yáng)電池的輸出電壓一般較低，直流變換器穩(wěn)定工作在升壓狀態(tài)可以使不同功率的太陽(yáng)電池得到靈活配置，從而增大適用范圍。四、直流變換器電路元器件的選擇光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變環(huán)節(jié)在早上和傍晚兩個(gè)時(shí)間段，太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度很低，光伏電池的輸出電壓和電流均較低，采用工作在升壓狀態(tài)的直流變換器可以顯著提高系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，提高對(duì)光能的利用率。四、直流變換器電路元器件的選擇具有變換環(huán)節(jié)少、效率高的優(yōu)點(diǎn)，且由于功率開(kāi)關(guān)管一端接地，其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)更為方便；Boost變換器Buck-Boost變換器變換電路的開(kāi)關(guān)管位于電路的干路上，所以當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，太陽(yáng)電池輸出的電能事實(shí)上無(wú)法利用。四、直流變換器電路元器件的選擇Boost變換器的實(shí)際運(yùn)行效率高于后者。在同等配置下多支路直流變換器Boost變換器兩級(jí)式直流變換器四、直流變換器電路元器件的選擇(1)光伏發(fā)電系統(tǒng)直流變換器的性能分析光伏陣列電池的輸出電壓較低，特別是在早上和傍晚，因此前級(jí)Boost變換器必須具有高升壓的電壓比和高效率的特點(diǎn)。四、直流變換器電路元器件的選擇太陽(yáng)電池的工作原理當(dāng)光照強(qiáng)度、溫度等自然條件改變時(shí)太陽(yáng)電池的輸出功率及最大功率點(diǎn)亦相應(yīng)改變(1)光伏發(fā)電系統(tǒng)直流變換器的性能分析目前的光伏發(fā)電系統(tǒng)普遍應(yīng)用了最大功率點(diǎn)跟蹤算法以提高系統(tǒng)對(duì)光能的利用率。四、直流變換器電路元器件的選擇光照強(qiáng)度、溫度等變化劇烈且無(wú)法預(yù)估配合光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤算法的實(shí)現(xiàn)Boost變換器輸出電壓穩(wěn)定具備較高響應(yīng)速度(2)光伏發(fā)電系統(tǒng)直流變換器的元器件選擇電感是Boost變換器的儲(chǔ)能元器件之一，對(duì)于變換器在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間保持流向負(fù)載的電流方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。四、直流變換器電路元器件的選擇一是要使電路工作在電流連續(xù)工作狀態(tài)下二是要保證電感中流過(guò)峰值電流時(shí)磁場(chǎng)不能飽和電感設(shè)計(jì)的兩個(gè)基本要求在Boost變換器工作過(guò)程中電感中電流的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致輸入電壓即太陽(yáng)電池的輸出電壓也隨之波動(dòng)，這必然會(huì)影響太陽(yáng)電池最大功率點(diǎn)的穩(wěn)定性。輸入電容具有存儲(chǔ)能量、減少輸入紋波的作用電容值越大輸入端電壓的波動(dòng)越小輸出紋波電壓峰-峰值輸出濾波電容的最小值四、直流變換器電路元器件的選擇Boost變換器的開(kāi)關(guān)器件可選用國(guó)際整流器公司的IRFP250N型MOSFET，其最大工作電流為30A，最高可承受電壓為500V，導(dǎo)通阻抗為0.075歐姆。四、直流變換器電路元器件的選擇Boost變換器的開(kāi)關(guān)器件續(xù)流二極管可選用S20LC40型快速恢復(fù)二極管，其最大工作電流為20A，可承受的最大反向電壓為400V，反向恢復(fù)時(shí)間