光伏逆变器的设计主电路设计
光伏发电是将光能转换成电能，具有清洁无污染等诸多优点。光伏逆变器用于将光伏电池阵列发出的直流电转换为交流电，是光伏发电系统的的核心组成部分。本课题主要对3kW单相光伏逆变器的主电路进行设计，主要包括DC-DC升压电路和DC-AC全桥逆变电路设计。主电路设计采用了带隔离的两级拓扑结构，前级为带隔离的直-交-直变流电路，后级采用单相全桥逆变电路。文中对电路中各个器件的参数以及开关管的驱动电路进行了选定设计，并用MATLAB/Simulink对电路进行仿真。通过仿真结果表明，所设计的光伏逆变器基本符合设计要求。最后，根据原理图对实物进行了焊接与调试。关键词光伏，逆变器，主电路
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 光伏发电国内外发展状况 1
1.2.1 国内光伏发电技术现状 1
1.2.2 国外光伏发电技术现状 1
1.3 光伏发电系统简介 2
1.3.1 光伏发电系统原理及组成 2
1.3.2 光伏发电系统分类 3
1.4 本课题研究的内容 3
2 光伏逆变器 4
2.1 光伏逆变器简介 4
2.1.1 光伏逆变器的分类 4
2.1.2 单机结构与两级结构的逆变器 4
2.2 光伏逆变器设计总框图 5
2.3 DCDC升压电路 6
2.3.1 半桥电路 7
2.3.2 全桥电路 8
2.4 DCAC逆变电路 9
2.4.1 单相半桥逆变电路 9
2.4.2 单相全桥逆变电路 11
3 主电路设计 12
3.1 光伏逆变器设计要求与规格 12
3.1.1 光伏逆变器设计要求 12
3.1.2 光伏逆变器设计规格 12
3.2 DCDC升压电路器件设计 13
3.2.1 开关器件参数设计 13 3.2.2 高频变压器设计 14
3.2.3 稳压电容设计 17
3.2.4 IR2100S *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
驱动电路设计 18
3.3 DCAC全桥逆变电路器件设计 20
3.3.1 开关器件参数设计 20
3.3.2 滤波电感设计 21
3.3.3 滤波电容设计 23
3.3.4 TLP250驱动电路设计 23
3.4 散热电路设计 25
4 主电路仿真 27
4.1 DCDC电路仿真 27
4.2 DCAC电路仿真 28
4.3 整体电路仿真 30
5 主电路焊接调试 31
5.1 主电路焊接 31
5.2 主电路调试 32
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附 录 37
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
随着化石能源消耗的持续增长与全球生态问题愈加严重,世界各国正在积极寻求对生态环境无污染且可持续发展的新型能源。而太阳能作为一种取之不尽的清洁能源，更是因为其洁净环保等一系列得天独厚的优势而得到青睐，其开发和利用引起科研工作者的广泛关注，光伏发电技术也随之在快速发展。
光伏逆变器是光伏发电系统的重要装置，主要功能是把光伏电池阵列、蓄电池输出的直流电转换成交流电，供用电器使用。逆变器对输出交流电的电能质量影响巨大，决定着电能的可靠性。因此，设计一款性能优异的逆变器十分重要。
1.2 光伏发电国内外发展状况
1.2.1 国内光伏发电技术现状
1958年起，我国开始研制太阳能电池，1971年在发射的东方红二号卫星上，安装了自主研发的太阳能电池，并从1973年开始将光伏电池用于地面[1~4]。自1981年起，光伏电池研发开始被纳入国家科技攻关项目，通过“六五”至“十一五”这六个五年计划，我国在光伏电池研发应用方面取得了不错的成果。2000年以后，国家科技部又分别启动了 “863”、“973”计划，对光伏发电的产业化技术和基础性研究给予支持[5~7]。自2013年以来，光伏发电连续3年新增装机容量超过1000万千瓦；至2015年底，光伏发电累计装机容量约达4300万千瓦，首次超过德国成为全球第一。此外，国家能源局数据表明，2015年光伏电池及组件出口量达到2500万千瓦以上，出口额达到144亿美元[8]。
1.2.2 国外光伏发电技术现状
随个世界工业化进程的加速，传统能源消耗愈来愈大，环境污染等问题也接踵而至；在这种大环境下，世界光伏产业得到了快速的发展。自1990年后半年开始，10年中，全球光伏电池产量平均每年增长在40%左右，发展势头较为猛烈；2010年，世界光伏电池的产量更是高达16GW [9]。
较2010年相比，全球光伏新增装机在2011年上涨了52%，大概27.5GW，全球累计装机总量更是超过了67GW。其中，有近20GW安装于欧洲，但增速相对减缓[10]。近几年来看，各国对光伏产业的扶持力度不断增大，全球光伏发电的装机量两年上升，技术水平也不断提高，势头猛进，前景十分可观；在不久的将来，光伏发电在发电行业必将占据更大的比重。
1.3 光伏发电系统简介
1.3.1 光伏发电系统原理及组成
1.工作原理
根据系统输入电压的要求，光伏电池组件通过串并联方式组成光伏电池阵列。光照充足时，光伏电池阵列通过光生伏特效应，吸收太阳光，将其转换成一定的电动势。控制器用于控制光伏电池阵列与蓄电池的电能输出。一方面，其将电池阵列发出的直流电传送给蓄电池进行储存；另一方面，又可把电池阵列和蓄电池中的直流电传递给逆变器，通过逆变作用，将直流电转换为可供给交流负载使用的交流电。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 光伏发电国内外发展状况 1
1.2.1 国内光伏发电技术现状 1
1.2.2 国外光伏发电技术现状 1
1.3 光伏发电系统简介 2
1.3.1 光伏发电系统原理及组成 2
1.3.2 光伏发电系统分类 3
1.4 本课题研究的内容 3
2 光伏逆变器 4
2.1 光伏逆变器简介 4
2.1.1 光伏逆变器的分类 4
2.1.2 单机结构与两级结构的逆变器 4
2.2 光伏逆变器设计总框图 5
2.3 DCDC升压电路 6
2.3.1 半桥电路 7
2.3.2 全桥电路 8
2.4 DCAC逆变电路 9
2.4.1 单相半桥逆变电路 9
2.4.2 单相全桥逆变电路 11
3 主电路设计 12
3.1 光伏逆变器设计要求与规格 12
3.1.1 光伏逆变器设计要求 12
3.1.2 光伏逆变器设计规格 12
3.2 DCDC升压电路器件设计 13
3.2.1 开关器件参数设计 13 3.2.2 高频变压器设计 14
3.2.3 稳压电容设计 17
3.2.4 IR2100S *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
驱动电路设计 18
3.3 DCAC全桥逆变电路器件设计 20
3.3.1 开关器件参数设计 20
3.3.2 滤波电感设计 21
3.3.3 滤波电容设计 23
3.3.4 TLP250驱动电路设计 23
3.4 散热电路设计 25
4 主电路仿真 27
4.1 DCDC电路仿真 27
4.2 DCAC电路仿真 28
4.3 整体电路仿真 30
5 主电路焊接调试 31
5.1 主电路焊接 31
5.2 主电路调试 32
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
附 录 37
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
随着化石能源消耗的持续增长与全球生态问题愈加严重,世界各国正在积极寻求对生态环境无污染且可持续发展的新型能源。而太阳能作为一种取之不尽的清洁能源，更是因为其洁净环保等一系列得天独厚的优势而得到青睐，其开发和利用引起科研工作者的广泛关注，光伏发电技术也随之在快速发展。
光伏逆变器是光伏发电系统的重要装置，主要功能是把光伏电池阵列、蓄电池输出的直流电转换成交流电，供用电器使用。逆变器对输出交流电的电能质量影响巨大，决定着电能的可靠性。因此，设计一款性能优异的逆变器十分重要。
1.2 光伏发电国内外发展状况
1.2.1 国内光伏发电技术现状
1958年起，我国开始研制太阳能电池，1971年在发射的东方红二号卫星上，安装了自主研发的太阳能电池，并从1973年开始将光伏电池用于地面[1~4]。自1981年起，光伏电池研发开始被纳入国家科技攻关项目，通过“六五”至“十一五”这六个五年计划，我国在光伏电池研发应用方面取得了不错的成果。2000年以后，国家科技部又分别启动了 “863”、“973”计划，对光伏发电的产业化技术和基础性研究给予支持[5~7]。自2013年以来，光伏发电连续3年新增装机容量超过1000万千瓦；至2015年底，光伏发电累计装机容量约达4300万千瓦，首次超过德国成为全球第一。此外，国家能源局数据表明，2015年光伏电池及组件出口量达到2500万千瓦以上，出口额达到144亿美元[8]。
1.2.2 国外光伏发电技术现状
随个世界工业化进程的加速，传统能源消耗愈来愈大，环境污染等问题也接踵而至；在这种大环境下，世界光伏产业得到了快速的发展。自1990年后半年开始，10年中，全球光伏电池产量平均每年增长在40%左右，发展势头较为猛烈；2010年，世界光伏电池的产量更是高达16GW [9]。
较2010年相比，全球光伏新增装机在2011年上涨了52%，大概27.5GW，全球累计装机总量更是超过了67GW。其中，有近20GW安装于欧洲，但增速相对减缓[10]。近几年来看，各国对光伏产业的扶持力度不断增大，全球光伏发电的装机量两年上升，技术水平也不断提高，势头猛进，前景十分可观；在不久的将来，光伏发电在发电行业必将占据更大的比重。
1.3 光伏发电系统简介
1.3.1 光伏发电系统原理及组成
1.工作原理
根据系统输入电压的要求，光伏电池组件通过串并联方式组成光伏电池阵列。光照充足时，光伏电池阵列通过光生伏特效应，吸收太阳光，将其转换成一定的电动势。控制器用于控制光伏电池阵列与蓄电池的电能输出。一方面，其将电池阵列发出的直流电传送给蓄电池进行储存；另一方面，又可把电池阵列和蓄电池中的直流电传递给逆变器，通过逆变作用，将直流电转换为可供给交流负载使用的交流电。
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