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)太陽能具有能量密度低的特點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)盡量簡單，以盡量提高整個系統(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以及在光伏發(fā)電系統(tǒng)中可能的應(yīng)用場合，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)開關(guān)元件儲能和濾波元件在開關(guān)S截止時，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)開關(guān)元件儲能和濾波元件電源Uin向負(fù)載供電，同時使電感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)開關(guān)元件儲能和濾波元件S關(guān)斷時VD導(dǎo)通當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時，輸出電壓平均值為:三、直流變換器主電路結(jié)構(gòu)（1）Buck變換器開關(guān)元件儲能和濾波元件式中ton為開關(guān)S的導(dǎo)通時間，T為開關(guān)周期，D為占空比，0<D<1，因此Uo<Uin。適合用于太陽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)開關(guān)S導(dǎo)通時，電感L電流增加，電源向電感儲存能量，二極管VD截止，電容C單獨向負(fù)載供電；開關(guān)S截止時，電感電流減小，釋放能量，電感電流不能突變，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，迫使VD導(dǎo)通，電感L與電源經(jīng)VD向負(fù)載供電，同時向電容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)直流變換器的特點電路工作于穩(wěn)態(tài)時，輸出電壓平均值為:（2）Boost變換器式中，ton為開關(guān)S的導(dǎo)通時間，T為開關(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變換器開關(guān)S導(dǎo)通時，二極管VD截止，電源Uin向電感L供電使其儲存能量，負(fù)載由電容C供電；開關(guān)S截止時，二極管VD導(dǎo)通，電感L中儲存的能量向負(fù)載釋放，同時給電容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變換器太陽電池最大功率點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：都具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、控制易實現(xiàn)；缺點：Boost電路太陽電池輸出電壓升高的變換需開關(guān)控制以免輸出電壓升壓過高Buck-Boost電路較寬的輸出電壓范圍增加了開關(guān)的電壓應(yīng)力Buck電路局限于降壓輸出的場合三、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)在早上和傍晚兩個時間段，太陽輻射的強度很低，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)的運行時間，提高對光能的利用率。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，且由于功率開關(guān)管一端接地，其驅(qū)動電路設(shè)計更為方便；Boost變換器Buck-Boost變換器變換電路的開關(guān)管位于電路的干路上，所以當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時，太陽電池輸出的電能事實上無法利用。四、直流變換器電路元器件的選擇Boost變換器的實際運行效率高于后者。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Boost變換器必須具有高升壓的電壓比和高效率的特點。四、直流變換器電路元器件的選擇太陽電池的工作原理當(dāng)光照強度、溫度等自然條件改變時太陽電池的輸出功率及最大功率點亦相應(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)用了最大功率點跟蹤算法以提高系統(tǒng)對光能的利用率。四、直流變換器電路元器件的選擇光照強度、溫度等變化劇烈且無法預(yù)估配合光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤算法的實現(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變換器的儲能元器件之一，對于變換器在開關(guān)斷開期間保持流向負(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峰值電流時磁場不能飽和電感設(shè)計的兩個基本要求在Boost變換器工作過程中電感中電流的波動會導(dǎo)致輸入電壓即太陽電池的輸出電壓也隨之波動，這必然會影響太陽電池最大功率點的穩(wěn)定性。輸入電容具有存儲能量、減少輸入紋波的作用電容值越大輸入端電壓的波動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變換器的開關(guān)器件可選用國際整流器公司的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)時間