基于新型H6桥的高效光伏并网逆变器拓扑研究和设计

发布时间：2018-04-13 00:33

本文选题：并网逆变器 + 光伏发电　；参考：《湘潭大学》2017年硕士论文

【摘要】：近年来光伏并网发电在全球范围内迅速普及,作为解决能源危机与环境问题的有效方式之一的光伏并网发电系统必然得到越来越多的关注和迎来发展的黄金时期。光伏并网发电系统中的核心设备之一就是并网逆变器,其转换效率的高低决定了逆变器商业价值的高低。本文总结常见拓扑的构成规律后,提出一种新型H6桥拓扑,能在有效抑制共模电压的同时造成较小的损耗,提高了能量转化率。升压级则提出一种继电器旁路的改进型拓扑,相对于传统的单模式型和二极管旁路的双模式型拓扑,起到了减小系统损耗的作用。针对所提出的两种改进型拓扑分别制定了与之相适应的调制方式和双模式并网控制策略,同时在MATLAB/Simulink平台上对逆变和升压两级的改进型拓扑以及双模式控制策略进行了仿真验证。根据所提出的改进型拓扑与双模式控制策略试制了一台3kW样机,验证了拓扑及所提控制策略的可行性。研究的具体工作如下:(1)国内外光伏并网发电产业现状和前景以及光伏并网逆变器研究现状概述。查阅大量相关文献,对近几年光伏发电产业的国内外发展历程进行简要综述,同时对光伏逆变器的分类及各类逆变器近几年的研究进展进行了适当的概括并提出本文的研究重点:两级式非隔离光伏并网逆变器;(2)新型H6桥拓扑的提出。对后级逆变级着重分析了共模电压的形成机理和抑制方法以及详细分析各种拓扑的共模电压计算。总结常用拓扑的结构形成规律,提出了具有抑制共模电压特性的改进型H6桥拓扑并进行了拓扑扩展,得到了一簇具有相同性质的拓扑结构,对其调制方式和工作原理进行了分析,最后将改进型H6桥拓扑和常用拓扑的损耗进行了详细的定量对比分析,可知改进型H6桥拓扑具有较小的损耗,有利于提高系统的转换效率;(3)继电器旁路型拓扑的提出。对前级升压级拓扑着重分析了单模式拓扑工作原理和双模拓扑的工作模式切换的具体细节,针对双模式的升压级拓扑提出了一种继电器旁路的改进型拓扑,利用MATLAB/Simulink平台验证了该拓扑模式切换的可行性,最后对其损耗和常见双模式升压级拓扑的损耗进行了定量对比分析,可知继电器旁路型拓扑减小了导通损耗提高了转换效率;(4)双模式控制策略及其关键技术建模分析。针对所提出的两种改进型拓扑提出相应的调制方式和具有基本升压逆变型和单级逆变型的双模式控制策略。升压级重点分析了光伏电池特性并对其进行数学建模,将所建立的数学模型和最大功率点跟踪控制算法利用MATLAB/Simulink平台进行了系统仿真验证。逆变级重点分析了锁相环数学建模和准谐振控器数学建模两个关键技术,并详细分析了数学模型的工程应用离散化方法;(5)3kW样机软硬件设计及实验验证。利用所提出的改进型H6桥拓扑和继电器旁路型拓扑以及双模式控制策略等试制了一台3kW样机。硬件设计详细分析了改进型H6桥开关管耐压选型、交流量和直流量的采样电路设计、驱动电路设计以及主控DSP与监控MCU之间的架构设计。软件设计主要分析了基于实时操作系统μC/OS-II的程序框架和文件系统、应用程序里的任务配置及执行设置、5种工作状态切换的细节、后台中断程序应用的功能设置等。利用该样机分别对所提出的两种改进型拓扑和对应的控制策略进行了实验验证。
[Abstract]:In recent years , photovoltaic grid - connected power generation has been rapidly popularized in the world . As one of the most effective ways to solve the problem of energy crisis and environment , the photovoltaic grid - connected power generation system is more and more concerned with the development process .

【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM464;TM615

【参考文献】