单级式宽输入三态光伏逆变器研究与设计

发布时间：2018-10-30 06:59

【摘要】：传统使用的两级式逆变器第一级将直流电进行升压,第二级完成逆变。这种拓扑结构复杂、使用器件较多、效率低,主要问题是存在一个大容量的储能电容,体积大且使用寿命较短。当前研究结构简单、效率高的新型光伏发电逆变器对光伏产业的发展就有着重要的意义。针对一种单级式电流型光伏逆变器系统地进行了拓扑研究,分析其工作原理。对单级式三态电流型光伏逆变器的工作模态进行了分析,在不同状态下建立了状态空间模型,并得到状态空间平均模型。在此基础上提出了一种适用于此拓扑的SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)调制方法。使用Matlab仿真平台对其进行仿真,仿真结果表明该逆变器拓扑结构和调制方法能实现输入电压的升降和逆变,完成输入和输出之间的功率解耦。为了适应直流侧电压宽输入范围,利用H形电感取代单一电感,提出了一种单级式宽输入三态光伏逆变器拓扑结构。分析了该逆变器的工作原理,建立了稳态和动态模型,分析了动态响应特性。完成了输出电压和功率的控制。同样搭建了仿真模型,通过仿真,表明改进的单级式宽输入三态光伏逆变器适应宽电压输入,动态响应好。对光伏电池工程实用模型和最大功率点跟踪(MPPT)基本原理和算法进行研究,系统选择改进的变步长MPPT算法来完成光伏电池最大功率点跟踪。完成光伏发电系统样机的设计和搭建。对系统进行实验验证,具体包括:逆变器基本功能实验、MPPT实验、不同负载情况下的输出实验、PI控制实验以及系统效率试验。通过实验和仿真结果可以得出光伏发电系统工作正常,输出特性好,改进的变步长MPPT算法能快速准确跟踪到最大功率点,控制策略可使输出电压和MPPT协调输出,系统效率满足光伏发电系统要求。
[Abstract]:The traditional two-stage inverter boosts the DC voltage at the first stage and completes the inverter at the second stage. This kind of topology structure is complex, using more devices and low efficiency. The main problem is that there is a large capacity of energy storage capacitance, large volume and short service life. At present, the new photovoltaic inverter with simple structure and high efficiency is of great significance to the development of photovoltaic industry. The topology of a single-stage current-source photovoltaic inverter is studied and its working principle is analyzed. The operating modes of a single-stage three-state current-source photovoltaic inverter are analyzed. The state-space model is established under different states and the state-space average model is obtained. On this basis, a SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) modulation method suitable for this topology is proposed. The Matlab simulation platform is used to simulate the inverter. The simulation results show that the inverter topology and modulation method can realize the input voltage fluctuation and inverter, and complete the power decoupling between input and output. In order to adapt to the wide input range of DC side voltage, a single stage wide input three-state photovoltaic inverter topology is proposed by replacing the single inductor with H-shaped inductor. The working principle of the inverter is analyzed, the steady and dynamic models are established, and the dynamic response characteristics are analyzed. The output voltage and power are controlled. The simulation model is also built. The simulation results show that the improved single-stage wide-input three-state photovoltaic inverter adapts to the wide-voltage input and the dynamic response is good. The practical model of photovoltaic cell engineering and the basic principle and algorithm of maximum power point tracking (MPPT) are studied. The improved variable step size MPPT algorithm is selected to complete the maximum power point tracking of photovoltaic cells. Complete the design and construction of photovoltaic system prototype. The system is verified by experiments, including: inverter basic function experiment, MPPT experiment, output experiment under different load, PI control experiment and system efficiency test. The experimental and simulation results show that the photovoltaic system works normally and has good output characteristics. The improved variable step size MPPT algorithm can track the maximum power point quickly and accurately, and the control strategy can make the output voltage and MPPT output coordinate. The system efficiency meets the requirements of photovoltaic power generation system.
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM615;TM464

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本文编号：2299274