开关电感型准Z型网络的光伏逆变系统研究

发布时间：2017-09-11 13:25

  本文关键词：开关电感型准Z型网络的光伏逆变系统研究

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【摘要】：能源危机和严峻的环境污染,已经逐渐的影响到国家的经济建设与发展,也给人们的生活水平和身体健康带来不可逆转的严重后果。因此,全球各国开始将新能源的开发和利用并入到国家发展战略计划之中。其中,最具有代表性的光伏发电产业正因具有经济清洁环保和可持续发展等巨大优势而被视为未来新能源产业的支柱,受到了高度的关注和聚焦。论文深入研究了光伏发电逆变系统的主拓扑结构、结构参数和硬件电路设计和逆变控制策略等方面。从开关电感结构升压机理进行研究与探讨,引出开关电感型准Z源网络的逆变拓扑结构,并详细分析该拓扑直通和非直通两种模式下的工作原理,并推导出拓扑结构参数方程,仿真对比传统Z源网络拓扑,说明该拓扑能提高升压能力和降低开关器件电压电流应力。结合性能指标要求,确定系统结构的参数值,设计系统硬件原理图。建立光伏阵列的等效电路模型,分析研究太阳光光照温度和光照强度对光伏阵列输出特性的影响,在允许负载能力的情况下光伏阵列输出电压在小范围内变化。分析对比几种典型的直流母线电压控制策略的优缺点,光伏阵列输出电压前馈的直流母线电压控制策略被提出,实现能够实时跟踪调整直流母线电压的能力,并减小了开关管的电压电流应力。设计并优化输出滤波电路,采取电感电流外环输出电压内环的双环闭环控制策略,并通过配置状态空间方程的极点来设计控制器。利用MATLAB/Simulink软件建立光伏发电逆变控制系统的仿真模型,并分析仿真结果,设计系统的软件总体架构,根据系统所要实现的功能设计主程序和子程序流程图,并编写相应的程序代码,搭建相应的硬件平台进行系统软硬件的联调测试,仿真结果和实验验证表明了开关电感型准Z源网络逆变拓扑的适用性和所设计的逆变控制策略的正确性,能够保证系统稳定可靠的运行和逆变输出的电能质量和品质。
【关键词】：光伏发电 开关电感 准Z源网络 SPWM控制策略 直流母线电压控制
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外光伏发电的发展现状与趋势11-12
• 1.3 准Z源网络逆变器研究现状12-13
• 1.4 本文研究的主要内容13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 2 开关电感型准Z源网络拓扑结构研究15-28
• 2.1 开关电感型拓扑分析15-17
• 2.2 开关电感型准Z源网络拓扑17-25
• 2.2.1 工作原理与稳态分析17-19
• 2.2.2 升压能力对比19-21
• 2.2.3 组件应力分析21-25
• 2.3 逆变器的SPWM控制方法25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 单相光伏发电逆变控制系统的设计28-47
• 3.1 光伏发电系统的基本结构28-29
• 3.2 单相光伏发电系统的技术指标29
• 3.3 光伏发电系统结构和单元功能介绍29-31
• 3.3.1 光伏发电系统结构介绍29-30
• 3.3.2 各单元功能介绍30-31
• 3.4 系统结构参数设计31-37
• 3.4.1 逆变电路电容参数设计31-32
• 3.4.2 逆变电路电感参数设计32-33
• 3.4.3 交流侧电感参数设计33-35
• 3.4.4 交流侧电容参数设计35-36
• 3.4.5 逆变电路开关管参数设计36
• 3.4.6 二极管参数设计36-37
• 3.5 系统硬件电路设计37-46
• 3.5.1 微处理器选择37
• 3.5.2 电压电流传感器选择37-40
• 3.5.3 系统硬件结构组成40
• 3.5.4 DSP最小系统设计40-41
• 3.5.5 辅助电源设计41
• 3.5.6 信号采样电路设计41-43
• 3.5.7 隔离驱动电路设计43-44
• 3.5.8 过零检测电路设计44-45
• 3.5.9 保护电路设计45
• 3.5.10 其他电路设计45-46
• 3.5.11 系统整体硬件原理图和PCB46
• 3.6 本章小结46-47
• 4 光伏发电逆变系统控制策略研究47-70
• 4.1 光伏阵列输出对直流侧的影响47-52
• 4.1.1 光照温度和光照强度对伏安特性的影响47-50
• 4.1.2 光伏阵列的最大功率分析50-52
• 4.2 逆变直流侧控制策略研究52-55
• 4.3 逆变交流侧控制策略研究55-64
• 4.3.1 输出滤波电路的优化设计55-59
• 4.3.2 交流侧双闭环控制方法59-64
• 4.4 逆变控制系统的仿真与分析64-66
• 4.5 锁相环控制66-69
• 4.5.1 锁相环控制工作原理66-68
• 4.5.2 锁相环控制方法简介68
• 4.5.3 锁相环控制工作过程68-69
• 4.6 本章小结69-70
• 5 系统软件设计与调试70-76
• 5.1 系统软件的总体设计70
• 5.2 主程序模块70-71
• 5.3 数据采集处理模块71-72
• 5.4 电网频率捕获模块72
• 5.5 SPWM产生模块72-73
• 5.6 电网电压同步模块73-74
• 5.7 故障处理模块74
• 5.8 系统调试与分析74-75
• 5.9 本章小结75-76
• 6 总结与展望76-78
• 6.1 论文工作总结76-77
• 6.2 未来展望77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文82-83
• 致谢83-86
• 附录一86-87
• 附录二87

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本文编号：830991