摘 要

进入21世纪后，常见的化石燃料基本上已经不能够满足人类社会的发展，而且过度的消耗化石燃料会使全球变暖，而且会对生态环境造成恶化，给人类的生存带来了很大的威胁，因此，大力发展可再生能源显得尤为重要。从长远的角度来看，太阳能光伏发电有着最理想的可持续发展的潜力，光伏系统发出的直流电需要通过逆变器的逆变，控制器的控制，保护电路等手段，才能够并入电网，这其中就需要逆变控制器的参与。

本文主要研究了单级反激式微型逆变器控制系统的设计，单级式逆变电路只需要一级功率变换，与传统的两级式逆变器相比较，在拓扑结构上得到了很大的优化，减少了开关器件的数目，很大程度上降低了开关的损耗，适合在中小功率场合的应用。本文通过对单级反激变换器在光伏并网逆变器中的控制方式和工作原理的研究，采用了交错并联反激式逆变电路，降低了输出电流纹波和入网电流，根据单级反激式光伏并网逆变器的拓扑结构，完成系统的控制系统设计。并且对单级反激式微型逆变器的系统结构，最大功率点跟踪等方面做了一些研究。最后通过仿真验证了该控制系统的正确性，并且对主要的硬件电路和软件设计进行了分析。

关键词：光伏并网；单级式；反激变换器；微型逆变器

Abstract

In the 21st century, conventional fossil fuel energy is no longer able to meet the development of human society，And excessive consumption of fossil fuels causes global warming and deterioration of the ecological environment ，to the survival of mankind is a big threat, Therefore, to develop renewable energy sources is particularly important. From a long-term perspective, Solar photovoltaic power generation has the best potential for sustainable devel，DC PV system sent through a series of inverters, control, protection and other means, to be able to be incorporated into the power grid, which will need to participate in the inverter controller.

This paper studies the design of single-stage flyback micro inverter control system，single-stage inverter circuit requires only a power conversion，compared with the conventional two-stage inverter, the topology has been greatly optimized, reduce the number of switching devices, largely reducing the switching loss, suitable for use in small and medium-power occasions. The paper through the study of single-stage flyback converter control method and working principle in PV Grid Inverter,using the interleaved Flyback inverter circuit，reduced output current ripple and current network.Bythe single-stage flyback PV grid-connected inverter topology, complete system control system design. For the system structure of single-stage flyback micro-inverter, maximum power point tracking and some other aspects do some research. Finally, the simulation verify the validity of the control system, and the major hardware and software design are analyzed.

Key words：photovoltaicgrid；single-stage；flyback converter；micro-inverter

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 本文的课题背景 1

1.2 微型逆变器技术要求 2

1.3 本文研究的主要内容 2

第2章 微型逆变器的拓扑结构和工作原理 4

2.1 微型逆变器的的基本组成部分 4

2.2 反激式微型逆变器的研究 4

2.2.1 反激式直流变换电路 4

2.2.2 反激式逆变电路 6

2.3 周期变换器的研究 7

2.4 滤波电路的研究 8

2.5 单级反激式微型逆变器主拓扑结构的设计 8

第3章 单级反激式微型逆变器最大功率点追踪策略 11

3.1 光伏电池的简介 11

3.2 光伏电池的输出特性分析 11

3.3 光伏电池的最大功率点控制研究 13

3.3.1 几种最大功率追踪方法介绍 13

3.3.2 变步长的扰动观察法的研究 14

第4章 微型逆变器控制器的设计 16

4.1 微型逆变器主控芯片的选择 16

4.2 控制器硬件电路的设计 16

4.2.1 电压采样电路 17

4.2.2 捕获电路的设计 17

4.2.3 驱动电路的设计 18

4.3 控制器软件电路的设计 19

4.3.1 主程序的设计 19

4.3.2 各部分子程序 19

4.4 微型逆变器的控制策略 21

4.5 孤岛效应 22

第5章 微型逆变器的仿真 24

第6章 结论 26

致谢 27

参考文献 28

第1章 绪论

1.1 本文的课题背景

随着人口的不断增长以及经济的持续发展，对于能源的需求不断增加，然而目前的能源结构中，主要依赖于石油、煤炭、天然气等一些化石燃料。全球对于一次性能源的消费量的增长率也在不断提高，中国从2003年到2004年，增长率就达到了15%。据美国能源部估计，全球的能源消费预计从2004年到2030年增加57%左右。在能源燃料中，煤炭是消耗量增长最快的，在全世界能源使用份额中仅用了一年时间就从2003年的25%提高到26%，而且预计到2030年将会增到28%。石油在所以燃料中一直占有着最大的份额，在2004年占据38%的份额，到2030年时将会降低为34%。可见，人们对一次能源的消费不断增加。地球上的化石燃料的数量是不会变的，而且，据已经探明的燃料储量，全球的煤炭只能使用大概230年，石油大概只能使用45年，天然气大概只能使用61年，所以，化石燃料越来越紧缺，变得越来越少。而且，当燃烧化石燃料时，还会造成了严重的环境污染，现在的全球气候变暖和这方面有很大的关系，因此，能源和环境的可持续发展已成为人们重点关注的的问题。太阳能光伏发电技术也越来越受到世界各国的关注。

太阳能光伏发电系统主要是利用太阳能电池的组件和一些其他辅助设备将太阳能转化为电能的设备，一般可分为独立系统、并网系统以及混合系统。独立的太阳能光伏发电系统是直接将电能供给负载，并且将多余的能量存储在蓄电池中。独立的太阳能光伏发电系统的构成图如下图1-1所示；并网发电系统是通过太阳能电池将接收到的太阳的辐射能量转为电能，然后经过高频直流变为高压直流电，再经过逆变器逆变后输出与电网电压同相、同频的正弦交流电。并网型太阳能发电系统结构图如下图1-2所示。