【《光伏发电直流并网系统主电路的设计案例》2100字】

光伏发电直流并网系统主电路的设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u15540光伏发电直流并网系统主电路的设计案例 1109411.1Z源电容设计 141231.2Z源电感设计 2113941.3变压器参数设计 31.1Z源电容设计电容是Z源逆变器中的重要器件，其电容电压越大，理论上直流母线电压值越稳定。然而，容量值越大，系统的体积越大，并且系统的成本增加。请注意，应尽可能减少容量以确保良好的系统性能。Z源电容器分为两个工作状态：直通和非直通。在不连续状态下，来自光伏系统的能量被传递到电容器。此时的电容器电流为：((4-1) 在导通状态下，DC侧二极管沿相反方向断开，Z源的电容器将能量传输到电感，并且电容器电压逐渐降低。这时，流过电容器的电流为：((4-2) 根据电容暂态理论有：(4-3) (4-3)在第二章中，分析了Z源逆变器的工作原理和零通矢量相加时的工作状态。在一个开关周期中，它被分为4个T0/4并插入传统的零矢量中。根据以上分析和式(4-1)~(4-3)，可得纹波电压为：(4-4) (4-4)在现有技术中，波纹电压比例通常小于5％。本文假设电容器电压满足条件，且输入电压和占空比d之间的关系为：(4-5) (4-5)基于以上关系，当纹波小于3％时，选择适当的电容值，关系是：(4-6) (4-6)根据以上公式，考虑到成本和系统性能的提高，本文选择电容器为220uF电解电容器，理论耐压幅值为75V，并考虑余量的1.5倍选择耐压值为100V。1.2Z源电感设计Z源电感参数的选择也很重要，选择不当会导致逆变器故障。当Z源电感处于导通状态时，Z源电容器将存储的电能传输到电感，电感存储能量。在不连续状态下，Z源电感器在与Z源电容器相同的方向上产生感应电动势，并将存储的电能传输到逆变器侧，以增加中间电路电压。如果Z源的电感太小，则在导通状态下将存储的能量太少，并且由于在非导通状态下的能量不足，电流将被切断。Z源转换器中严格禁止这样做。因此，Z源电感器的设计不能太小，否则会出现电流间歇情况。电感值越大，系统越稳定，纹波越小，但是Z源电感值太大会增加系统尺寸并增加成本。有时会增加系统噪声，与Z源电容器的谐振等。因此，应尽可能降低Z源电感的参数值，以满足系统要求。应从两个角度考虑Z源电感的选择：一种是非谐振状态，另一种是满足设定纹波幅度的状态。非谐振条件如果Z源网络在稳定状态下运行，则必须确保系统不会谐振。了解电路原理后，由Z源网络的电感和电容组成的二阶网络的谐振频率为：(4-7) (4-7)为了防止该二阶网络在系统中谐振，开关管的开关频率必须高于谐振频率，即应选择载波频率使其大于谐振频率，即：(4-8) (4-8)因此，在非谐振条件下，Z源电感的电感关系可以得出：(4-9) (4-9)满足设定纹波大小要求Z源电感器在直通状态下存储能量，而在非直通状态下释放能量。这两个过程已经连续不断地重复，并且电流流过整个电感器过程，可以看出，在一个周期中，流过电感器的平均电流为零。在导通状态下，Z源的电感电压等于电容器电压。根据分析，可以得出以下结论：根据电感的暂态特性有：(4-10) (4-10)由式(1.10)可得电流纹波为：(4-11) (4-11)本文取电流纹波，则可以根据式(4-11)得到Z源电感取值范围为：(4-12) (4-12)综上所述，根据式(4-9)、(4-12)可以得到Z源电感参数的选取范围应该为两者中的较大值，即：(4-13) (4-13)根据计算选取电感值为5mH。1.3变压器参数设计为了确保转换器的正常运行并确保所需的电气隔离，全桥隔离双向DC/DC转换器中的大多数变压器都使用高频变压器，该变压器可以在输入期间立即将输入处的电能传输到负载每个开关周期。电气隔离的目的是确保转换器的输入和输出侧不共享接地线，以确保系统的安全性和稳定性。高频变压器作为变频器的核心部件，其质量决定着变频器的工作效率，电磁干扰，电磁干扰等因素。高频变压器铁心有许多材料，其中软磁材料更为常用。当外部磁场弱时，软磁性材料容易被磁化和去磁，并且其磁感应强度不会随着外部磁场的减弱而降低。与其他磁芯材料相比，软磁材料的矫顽力非常低，因此以后综合考虑选择软磁材料作为高频变压器的磁芯材料。锰锌铁氧体在软磁材料中受到了广泛的关注。研究人员发现，锰锌铁氧体具有高磁导率，低电阻率和低涡流损耗特性。锰锌铁氧体具有比其他软磁材料更经济的优点。因此，在高频变压器的制造中，通常选择锰锌铁氧体作为变压器的芯材。在带有Z源的隔离双向DC/DC转换器中，变压器初级侧的输入端子是带有Z源的阻抗网络的输出端子。输入端子连接到光伏电池，其工作电压为DC280~320V。使用工作电压U=300V，调制系数M=1和升压系数B=2，可以使用式(2-10)计算一次侧输入电压u=600V。隔离式双向DC/DC转换器的开关频率为f=20kHz，并且高频变压器使用EE70型铁氧体磁芯，它是双向极化磁芯。内核的功耗为≤200W。工作频率为20-500kHz。磁通截面积A。它为445cm2，其磁滞回线在第一象限和第三象限中来回波动。为了减少高频变压器的损耗并提高高频变压器运行的稳定性，将转换器的磁通量波动设置为0.4T，最大占空比Dmax=0.4。变压器的初级侧为n，次级侧为n，输出侧直接连接到中间电路，总线电压U=600V。可以计算出初级侧和次级侧的匝数比n：(4-14) (4-14)计算可得，变压器原副边匝数比n=2。结合实际使用环境，Z源双向DC/DC转换器的最大输出功率为12kW。假设转换效率n=80％，则输出功率为12kW时，根据功率守恒定律可得：(4-15) (4-15)考虑到绕组的趋肤效应，在工作频率为20kHz时，可以忽略趋肤效应。因此，变压器的初级绕组可以与直径为0.65mm的8根漆包线平行缠绕，不仅留下边缘，而且在一定程度上减少了铜