多电平光伏逆变器电磁兼容性及漏电流抑制研究

发布时间：2017-07-20 13:21

  本文关键词：多电平光伏逆变器电磁兼容性及漏电流抑制研究

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【摘要】：众所周知,太阳能具有无污染、分布广泛、可持续等优点,利用太阳能的主要途径则是光伏发电。而在光伏发电系统中,逆变器又是尤为关键的部分,所以逆变器的优劣对光伏发电质量有着决定性的影响。基于现有的光伏逆变器在电磁兼容性和漏电流方面存在的问题,本文主要做了以下工作：(1)首先阐述了光伏发电系统、逆变器的基本知识以及电磁兼容的发展与现状。其次,对电磁兼容做了详细介绍,重点阐述了电磁干扰的耦合途径与开关电源中EMI(electromagnetic interference)的产生机理,然后对光伏逆变系统由于开关的导通与关断所产生的电磁干扰进行了深入分析,并对工作在高频环境下的各个常用的电子器件做了高频模型分析,得到的电容电感高频模型在EMI滤波器设计中得到应用。(2)分析了几种常见的多电平逆变器的拓扑结构特点及它们的输出波形与频谱,研究不同的电平数对其波形的影响。以三电平逆变器进行分析,对现有的控制策略进行对比,总结它们各自的优缺点,并对电压空间矢量脉宽调制法(SVPWM)的三电平逆变器的控制方法做了具体推导说明,研究并解决了SVPWM控制方法产生的中点电位不平衡问题。(3)对多电平逆变器中EMI的产生原理进行分析,指出抑制多电平逆变器中EMI干扰主要办法是使用EMI滤波器。建立差模干扰模型与共模干扰模型,通过仿真验证模型的正确性,并重点分析了阻抗失配带来的影响。通过对比分析不同拓扑结构的逆变器以及不同结构滤波器的性能,对现有的滤波器做出了改进,提出了一种对共模差模均有抑制作用并且对高频共模干扰抑制作用突出的EMI滤波器,在该EMI滤波器共模部分中使用了“I”型结构,有效的减小了电容在高频范围内的感性,增强了滤波器的滤波范围以及高频性能。并对其性能在Pspice中绘制模拟电路图进行仿真测试,并对该EMI滤波器中的重要元器件做出了参数分析,具体得到参数变化时EMI滤波器受到的影响。(4)通过逆变器模型分析得到了共模谐振电路的等效模型,分析其漏电流产生的原因与抑制的办法,着重考虑了对称参数结构和不对称参数结构对其的影响,通过仿真验证寄生参数对漏电流的影响,并对电路进行改进,加入补偿电容,有效地抑制了漏电流。
【关键词】：多电平光伏逆变器 SVPWM控制方法 电磁干扰 EMI滤波器 漏电流
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 课题背景及意义11-12
• 1.2 光伏发电系统及发电原理12-14
• 1.2.1 光伏发电系统的组成12
• 1.2.2 光伏发电原理及特点12-13
• 1.2.3 光伏发电系统的类型13-14
• 1.3 光伏逆变器的分类14-16
• 1.3.1 按输出相数分类14-15
• 1.3.2 按隔离方式分类15-16
• 1.4 电磁兼容的研究意义及现状16
• 1.5 本文研究内容16-18
• 2 电磁干扰(EMI)原理18-32
• 2.1 电磁兼容简介18
• 2.2 电磁干扰源与耦合途径18-24
• 2.2.1 电磁干扰源18
• 2.2.2 电磁干扰的耦合途径18-24
• 2.3 差模干扰与共模干扰24-25
• 2.4 开关电源中的EMI25-30
• 2.4.1 开关电源中EMI的产生原理25-26
• 2.4.2 元器件的高频模型26-30
• 2.5 本章小结30-32
• 3 多电平光伏逆变器结构32-47
• 3.1 多电平技术的产生32-33
• 3.1.1 串并联技术32
• 3.1.2 多重化技术32
• 3.1.3 组合变换技术32
• 3.1.4 多电平技术32-33
• 3.2 多电平逆变器拓扑结构33-42
• 3.2.1 二极管钳位式多电平逆变器33-34
• 3.2.2 飞跨电容钳位式多电平逆变器34-37
• 3.2.3 级联式多电平逆变器37-40
• 3.2.4 其他新型多电平逆变器40
• 3.2.5 多电平逆变器仿真输出波形40-42
• 3.3 数学模型的建立42-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 三电平逆变器控制策略及中点电位平衡问题47-57
• 4.1 特定消谐法47
• 4.2 阶梯波调制法47
• 4.3 载波PWM法47-48
• 4.3.1 载波叠加SPWM法(SHPWM)48
• 4.3.2 载波移相PWM法(CPSPWM)48
• 4.4 电压空间矢量脉宽调制法(SVPWM)48-49
• 4.5 三电平逆变器的SVPWM控制策略及中点电位平衡问题49-56
• 4.5.1 三电平SVPWM定义49-50
• 4.5.2 一般情况下SVPWM控制方法50-54
• 4.5.3 中点电位问题54
• 4.5.4 中点电位平衡控制策略54-56
• 4.6 本章小结56-57
• 5 EMI滤波器设计57-80
• 5.1 多电平逆变器中的EMI57-58
• 5.1.1 多电平逆变器EMI产生原理57-58
• 5.1.2 多电平光伏逆变器EMI抑制措施58
• 5.2 滤波器的性能指标58-62
• 5.2.1 插入损耗58-59
• 5.2.2 阻抗失配原则59-62
• 5.2.3 滤波器的漏电流62
• 5.3 电磁噪声的频谱62-64
• 5.4 传导干扰仿真分析64-71
• 5.4.1 仿真软件PSpice介绍64-65
• 5.4.2 建立仿真模型65-71
• 5.5 EMI滤波器设计71-74
• 5.6 EMI滤波器仿真74-79
• 5.6.1 差模抑制电路仿真波形74-76
• 5.6.2 共模抑制电路仿真波形76-79
• 5.7 本章小结79-80
• 6 非隔离型光伏逆变器漏电流分析80-88
• 6.1 非隔离型光伏逆变器共模谐振等效模型80-82
• 6.2 对称参数结构对漏电流的影响82-84
• 6.2.1 U_(CM)对漏电流的影响83-84
• 6.2.2 电网电压对漏电流的影响84
• 6.3 不对称参数结构对漏电流的影响84-87
• 6.3.1 不对称滤波电感对共模电流的影响85-86
• 6.3.2 形成方式不同的寄生电容对共模电流的影响86-87
• 6.4 本章小结87-88
• 7 结论与展望88-90
• 7.1 结论88-89
• 7.2 展望89-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-97
• 攻读学位期间发表的学术论文目录97-98

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