摘 要

能源是人类社会生产和生活的物质基础，在当今世界化石燃料仍然是人类社会的主要能源，但化石能源储量有限，可再生能源越来越受到关注。太阳能作为一种新能 源，它的安全、绿色、环保等独特优点得到了世人广泛关注。光伏发电是太阳能的主要利用方式，而并网式光伏发电是最受欢迎的光伏发电方式，其转换效率高、可靠性好、可以灵活拓展、组装方便，适合于屋顶光伏，和光伏-建筑一体化工程，响应国家的号召，发展前景广阔，潜力巨大。

本文讨论了单级反激式微型并网逆变器的总体构成和逆变功能实现原理，研究了微型光伏逆变器常用拓扑，对逆变器的设计方案进行了讨论，论文主要研究了：

（1）逆变部分电流设计

本文设计了反激式变换器拓扑，然后绘制了其在不同开关频率下的工作波形，讨论了其三种工作方式，并设计了交错并联反激变换器来减小输入电流并提高变换器的输出功率，设计单级反激式微型并网逆变器的周波变换电路和有源钳位电路。

（2）单级反激式微型并网逆变器的控制策略

本文设计了系统总体的控制框图，并设计了电流内环和电压外环，还对PR控制与PI控制进行了比较。最后研究了光伏电池的特性和最大功率跟踪控制策略，分析了三种MPPT的控制方式，比较了各自的优缺点。

关键词： 微型光伏逆变器；交错反激变换器；MPPT；PR控制器

Abstract

Energy is the material basis for the production and life of human society. Nowadays fossil fuels in this world are the main energy sources of human society, but fossil energy reserves are limited, so the renewable energy is attracting more and more attention. As a new energy, solar energy is safety, green and environmental protection, these unique advantages make it become widespread concerned. Photovoltaic power generation is the main use of solar energy, and grid-connected photovoltaic power generation is the most popular way of photovoltaic power generation, the conversion efficiency, reliability, and can be flexible expansion, easy assembly, suitable for roof photovoltaic, and photovoltaic architecture, in response to the call of the country, the development prospects have broad and great potential.

This thesis analyzes the system structure and the working principle of single-stage flyback-type grid-connected microinverter and studied the commonly used topology of micro photovoltaic inverter: this thesis mainly designed such things:
(1) The circuit in the inverter part

This thesis designed a flyback-type converter and then draw its working waveform in different switching frequency, discussed the three work methods. In order to reduce power and increase the converter's output current level, interleaving is used to establish a first stage topology, then the paper design the filter circuit and active clamp circuit.

(2) The operating principle of single-stage flyback-type grid-connected microinverter

This thesis analyzed the operating principle of single-stage flyback-type grid-connected microinverter, the comparison between the PR control and the PI control is also carried out. Finally, the characteristics of the photovoltaic cell and the maximum power tracking control strategy are studied. At last the control modes of the three MPPTs are analyzed and their advantages and disadvantages are compared.

Key words: Micro PV inverter; interleaved flyback converter; MPPT; PI controller

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的意义及背景 1

1.1.1 能源的发展 1

1.1.2 光伏发电的优势 1

1.2 光伏发电中的逆变器 2

1.2.1 光伏发电系统的几种分类 2

1.2.2 传统并网式光伏发电系统的结构 3

1.2.3 微型逆变器光伏发电系统 3

1.3 设计思路 4

第2章 逆变器电路设计 5

2.1 反激变换器的工作模式选择 5

2.1.1 传统反激变换器 5

2.1.2 反激变换器工作模式 5

2.1.3 反激变换器工作在CCM与DCM下的比较 9

2.2 单极反激式微逆变器的电路设计 10

2.2.1 反激式微逆变器的主电路设计 10

2.2.2 周波变换电路 11

2.2.3 有源箝位电路 12

2.3 本章小结 13

第3章 逆变器的控制策略 14

3.1 并网电流控制策略的分析 14

3.1.1 并网逆变控制目标 14

3.1.2 光伏并网逆变器的控制方式 14

3.2系统控制策略 16

3.3 微型逆变器并网电流控制的选择 17

3.3.1 电流环的比例积分控制 18

3.3.2 比例谐振控制 19

3.3.3 PI控制与准PR控制的比较 19

3.4 光伏电池的特性及MPPT控制 20

3.4.1 光伏电池的特性 20

3.4.2 最大功率跟踪控制 22

3.5 本章小结 24

第4章 总结 25

4.1 主要完成的工作 25

4.2 对系统缺点的分析及展望 25

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究的意义及背景

1.1.1 能源的发展

无论是在任何时候，能源都是人们讨论的话题，它支撑着人类社会的生产生活。直到今天，人类主要利用的仍然是化石能源，但由于人类不断 使用化石能源，化石能源已经储量不足，而且化石能源的使用也将带来严重的环境问题^[1]。在当今世界实现科学发展，可持续发展，已经成了世界各国关注的重点。为了保护我们赖以生存的环境，防止环境继续被破坏，使我们的下一代任能获得充足的能源、物资，开发利用可再生能新能源已是势在必行。可再生能源靠着其清洁、环保的特性大受世界各国欢迎。目前，各个国家正在积极研究新能源。

随着科技的进步，可再生能源中有极大发展潜力的有风能，水能，太阳能等，这些能源取之无尽，用之不竭，而且不会造成环境污染。可再生能源发展潜力大，有很多传统能源无法比拟的优势，在过去，由于技术和资金的限制使得世界各国对可再生能源的利用率很低，并未大范围普及。而如今，随着科技的发展，过去困扰可再生能源利用的一些关键性难题已经攻克，各国对可再生能源的投入也在逐年提高，可再生能源的发展势头十分迅猛。

1.1.2 光伏发电的优势

在众多能源中，太阳能有着其特殊的优势^[2]：