高频隔离无中间直流环节光伏并网逆变器研究

发布时间：2017-10-23 00:20

  本文关键词：高频隔离无中间直流环节光伏并网逆变器研究

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【摘要】：随着环境和能源问题在全球范围内成为焦点,太阳能光伏发电因丰富的能源、先进的发电方式以及具有清洁、绿色环保等优点,得到越来越多的青睐。光伏并网逆变器作为光伏电池与电网之间能量转换的关键设备,成为了光伏发电领域的研究热点。本文重点研究了一种新型高频隔离无中间直流环节光伏并网逆变器和一种新型混合SPWPM控制策略,适用于单相光伏并网发电系统和其他需要四象限运行的应用场合。首先,对隔离型光伏并网逆变器进行了分类研究,分析了各类逆变器的工作特点及其各自的优缺点。针对传统高频隔离逆变器的不足,本文提出了一种无中间直流环节的高频隔离逆变器,详细分析了其在SPWPM控制下,输出交流电流和交流电压在四个象限内的工作模式,并且通过对SPWPM解调过程的分析得出了新型无中间直流环节的等效电路。其次,结合新型高频隔离无中间直流环节并网逆变器在高频控制和工频控制策略下的特点,提出了一种新型混合SPWPM控制策略。该新型控制策略结合工频翻转和高频解调的优势,在减小开关损耗的同时能实现交流电流平滑过零。在变压器前级采用SPWPM控制调制,后级将工频和高频脉冲进行混合控制解调,实现直流输入,交流输出的逆变功能。同时详细分析了基于混合SPWPM控制下高频隔离无中间直流环节光伏并网逆变器的工作原理和系统闭环控制策略。再次,根据对光伏电池原理与输出特性的说明,对比分析了典型的光伏最大功率点跟踪技术(MPPT),得出了各自的优缺点。结合本文研究的新型逆变器与光伏阵列直接相连构成单级式光伏并网逆变器,采用三闭环控制和变步长扰动观察法的MPPT算法,详细分析了系统的控制策略以及高频隔离型单级式光伏MPPT跟踪原理与过程。最后,基于上述的理论分析,本文设计了高频隔离无中间直流环节光伏并网逆变器的软硬件电路,完成了主电路参数计算和控制电路结构的设计,以及实现了包括主程序、中断子程序等软件系统的设计,最终进行了实验平台的搭建及实验验证,给出了实验波形。通过对混合脉冲下输出交流电流和交流电压、开关管端电压、SPWPM调制和解调实验波形的分析,验证了本文提出的理论正确性和控制策略的有效性。
【关键词】：高频隔离 无中间直流环节 并网逆变器 脉宽脉位调制 光伏发电
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 光伏发电发展现状12-14
• 1.3 光伏并网系统分类14-16
• 1.4 高频隔离变换器发展现状16-17
• 1.5 本文主要内容17-19
• 2 高频隔离光伏并网逆变器拓扑结构与工作原理19-39
• 2.1 电气隔离的意义19-20
• 2.2 隔离型光伏并网逆变器工作原理20-25
• 2.2.1 工频隔离型光伏并网逆变器20-23
• 2.2.2 高频隔离型光伏并网逆变器23-25
• 2.3 高频隔离无中间直流环节逆变器25-33
• 2.3.1 高频隔离无中间直流环节逆变器拓扑结构25-27
• 2.3.2 高频隔离无中间直流环节逆变器等效电路分析27-29
• 2.3.3 高频隔离无中间直流环节逆变器四象限工作模式29-33
• 2.4 仿真分析33-39
• 3 高频隔离并网逆变器混合SPWPM控制策略39-59
• 3.1 SPWPM调制解调理论分析39-43
• 3.1.1 SPWPM调制39-41
• 3.1.2 SPWPM解调41-43
• 3.2 混合型SPWPM控制策略及脉冲实现43-45
• 3.2.1 混合型SPWPM的意义43-44
• 3.2.2 混合型SPWPM脉冲实现44-45
• 3.3 基于混合SPWPM下高频隔离光伏并网逆变器工作原理45-50
• 3.3.1 工频模式下工作原理46-49
• 3.3.2 高频模式下工作原理49-50
• 3.4 高频隔离光伏并网逆变器系统闭环控制策略50-54
• 3.5 仿真分析54-59
• 4 高频隔离光伏并网系统与MPPT控制59-73
• 4.1 光伏电池数学建模和输出特性59-63
• 4.1.1 光伏电池数学建模59-60
• 4.1.2 光伏电池仿真模型及输出特性60-63
• 4.2 光伏系统最大功率点跟踪技术63-67
• 4.3 高频隔离光伏并网系统67-73
• 4.3.1 高频隔离无中间直流环节光伏并网系统控制67-69
• 4.3.2 仿真分析69-73
• 5 软硬件实现与实验结果分析73-87
• 5.1 硬件电路实现73-77
• 5.1.1 主电路参数设计73-76
• 5.1.2 控制电路框图76-77
• 5.2 软件实现77-79
• 5.3 实验平台的搭建及波形分析79-87
• 5.3.1 实验平台的搭建79-80
• 5.3.2 实验结果分析80-87
• 6 总结与展望87-89
• 参考文献89-93
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果93-97
• 学位论文数据集97

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