电力电子技术-新能源变换技术教学课件：6.7 光伏发电系统中的直流变换器二

新能源变换技术

光伏发电系统中的直流变换器直流变换器主电路结构太阳能具有能量密度低的特点在中小功率的光伏发电系统中，一般要求电力电子变换过程中的变换环节尽量少，主电路拓扑结构尽量简单，以尽量提高整个系统的效率。三、直流变换器主电路结构Buck变换器Boost变换器Buck-Boost变换器阐述了各基本电路的特点以及在光伏发电系统中可能的应用场合，并在此基础上选择其中一种电路结构应用于系统中。三、直流变换器主电路结构（1）Buck变换器的电路结构开关元件储能和滤波元件在开关S截止时，二极管VD可保证其输出电流连续，所以通常称为续流二极管。导通关断控制电路决定三、直流变换器主电路结构（1）Buck变换器的电路结构开关元件储能和滤波元件电源Uin向负载供电，同时使电感L能量增加，电流流经电感L，一部分向电容充电，另一部分流向负载供电，电路输出电压为UO。S导通时VD截止三、直流变换器主电路结构（1）Buck变换器的电路结构开关元件储能和滤波元件S关断时VD导通当电路工作于稳态时，输出电压平均值为:三、直流变换器主电路结构（1）Buck变换器开关元件储能和滤波元件式中ton为开关S的导通时间，T为开关周期，D为占空比，0<D<1，因此Uo<Uin。适合用于太阳电池输出端电压高而负载电压低的情况。三、直流变换器主电路结构（2）Boost变换器的电路结构开关S导通时，电感L电流增加，电源向电感储存能量，二极管VD截止，电容C单独向负载供电；开关S截止时，电感电流减小，释放能量，电感电流不能突变，产生感应电动势，迫使VD导通，电感L与电源经VD向负载供电，同时向电容C充电。三、直流变换器主电路结构（2）Boost变换器一、光伏发电系统直流变换器的特点电路工作于稳态时，输出电压平均值为:（2）Boost变换器式中，ton为开关S的导通时间，T为开关周期，D为占空比，0<D<1。由于(1-D)>1，故UO>Uin。适用于负载电压高而太阳电池输出电压低的情况。三、直流变换器主电路结构（3）Buck-Boost变换器开关S导通时，二极管VD截止，电源Uin向电感L供电使其储存能量，负载由电容C供电；开关S截止时，二极管VD导通，电感L中储存的能量向负载释放，同时给电容C充电，电源Uin不向电路提供能量。三、直流变换器主电路结构（3）Buck-Boost变换器电路进入稳态后，输出电压平均值为:三、直流变换器主电路结构（3）Buck-Boost变换器M为Buck-Boost变换器的电压升压比。0<M<无穷大控制占空比升压变换降压变换三、直流变换器主电路结构Buck变换器Boost变换器Buck-Boost变换器太阳电池最大功率点跟踪蓄电池充电光伏水泵系统直流光伏照明系统光伏直流输电系统优点：都具有结构简单、效率高、控制易实现；缺点：Boost电路太阳电池输出电压升高的变换需开关控制以免输出电压升压过高Buck-Boost电路较宽的输出电压范围增加了开关的电压应力Buck电路局限于降压输出的场合三、直流变换器主电路结构光伏发电系统的逆变环节直流侧母线电压Ud与交流侧输出电压U0满足如下关系:U01M为输出电压基波分量的峰值U01M

≈mUdm为逆变器的调制比(m≤1)四、直流变换器电路元器件的选择光伏发电系统的逆变环节直流母线电压＞输出电压基波分量的峰值，通常400V，而太阳电池的输出电压一般较低，直流变换器稳定工作在升压状态可以使不同功率的太阳电池得到灵活配置，从而增大适用范围。四、直流变换器电路元器件的选择光伏发电系统的逆变环节在早上和傍晚两个时间段，太阳辐射的强度很低，光伏电池的输出电压和电流均较低，采用工作在升压状态的直流变换器可以显著提高系统的运行时间，提高对光能的利用率。四、直流变换器电路元器件的选择具有变换环节少、效率高的优点，且由于功率开关管一端接地，其驱动电路设计更为方便；Boost变换器Buck-Boost变换器变换电路的开关管位于电路的干路上，所以当开关关断时，太阳电池输出的电能事实上无法利用。四、直流变换器电路元器件的选择Boost变换器的实际运行效率高于后者。在同等配置下多支路直流变换器Boost变换器两级式直流变换器四、直流变换器电路元器件的选择(1)光伏发电系统直流变换器的性能分析光伏阵列电池的输出电压较低，特别是在早上和傍晚，因此前级Boost变换器必须具有高升压的电压比和高效率的特点。四、直流变换器电路元器件的选择太阳电池的工作原理当光照强度、温度等自然条件改变时太阳电池的输出功率及最大功率点亦相应改变(1)光伏发电系统直流变换器的性能分析目前的光伏发电系统普遍应用了最大功率点跟踪算法以提高系统对光能的利用率。四、直流变换器电路元器件的选择光照强度、温度等变化剧烈且无法预估配合光伏发电系统最大功率点跟踪算法的实现Boost变换器输出电压稳定具备较高响应速度(2)光伏发电系统直流变换器的元器件选择电感是Boost变换器的储能元器件之一，对于变换器在开关断开期间保持流向负载的电流方面发挥着关键的作用。四、直流变换器电路元器件的选择一是要使电路工作在电流连续工作状态下二是要保证电感中流过峰值电流时磁场不能饱和电感设计的两个基本要求在Boost变换器工作过程中电感中电流的波动会导致输入电压即太阳电池的输出电压也随之波动，这必然会影响太阳电池最大功率点的稳定性。输入电容具有存储能量、减少输入纹波的作用电容值越大输入端电压的波动越小输出纹波电压峰-峰值输出滤波电容的最小值四、直流变换器电路元器件的选择Boost变换器的开关器件可选用国际整流器公司的IRFP250N型MOSFET，其最大工作电流为30A，最高可承受电压为500V，导通阻抗为0.075欧姆。四、直流变换器电路元器件的选择Boost变换器的开关器件续流二极管可选用S20LC40型快速恢复二极管，其最大工作电流为20A，可承受的最大反向电压为400V，反向恢复时间