两级式逆变器损耗建模及优化设计

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两级式逆变器通过储能元件进行解耦,实现前后级独立控制,控制器设计简单,可实现MPPT,光伏组件无需串联到高电压等级,被广泛应用于光伏发电并网系统中。在欧洲效率标准中,需要测量装置在不同的输出功率点/不同的光伏电压下的效率值,将其加权后得到的最终效率必须满足欧效标准。因为无法准确地预估器件的损耗,工程师不得不在设计→调试→测试间反复工作,耗费大量的人力和时间以寻求一个最高的可标注的欧洲效率。所以,研究两级式逆变器的损耗建模方法至关重要,它能够为光伏逆变系统的设计和测试节约大量时间。本文首先阐述了两级式逆变器的基本结构和工作原理,分析了前级Boost电路和后级单相全桥逆变电路的详细工作过程,得到前后级电路基本公式,并根据开关管的简化公式推导两级式逆变器基本损耗模型。然后分析Datasheet中IGBT损耗曲线,利用多项式拟合法获得开通损耗Eon和关断损耗Eoff与漏极电流ic之间的函数关系Eon=f1(ic)和Eoff=f2(ic),根据前后级基本公式推导出两级式逆变器损耗模型。由于功率二极管反向恢复特性的存在,使得开关管开关过程中出现电压电流尖峰,极大地增加了开关应力和开关损耗,导致开关管损耗建模更加复杂。为了获得简单、精确且通用性广的功率二极管反向恢复特性模型,为“互动效应”中的开关管开关特性的研究提供理论基础,同时为开关变换器效率提升方法的研究提供帮助,采用曲面拟合和数据映射来建立功率二极管反向恢复特性模型,获得功率二极管反向恢复特性曲线与关断前正向电流IF、回路分布电感Ls的关系。最后从电路整体的损耗出发,采用智能学习算法支持向量机建立两级式逆变器的效率模型,利用遗传算法对模型2个重要参数g和C进行优化,并实验验证之。
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