光伏并网Z源逆变器控制策略的研究

发布时间：2017-12-05 08:31

  本文关键词：光伏并网Z源逆变器控制策略的研究

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【摘要】：随着环境问题日益凸显以及化石能源消耗殆尽,清洁能源的使用受到越来越多的重视。光伏发电作为清洁能源的代表在近些年得到了迅猛发展,随之带动的并网逆变器的研究也进入了高速发展期,Z源逆变器作为一种新的逆变拓扑结构受到了广泛重视。首先,文章介绍了国内外光伏发电系统发展现状。分析了传统电压源、电流源型逆变器的工作原理和局限性,在此基础上对Z源逆变器的工作原理和工作过程进行了研究。与传统逆变相比,Z源逆变器解决了传统逆变器只能为降压型或升压型逆变器的问题,Z源逆变器通过调节直通占空比d和调制比m就能同时实现抬升电压、降低电压的功能。同时,由于引入Z源网络,逆变器可以实现上下开关管直通,无需引入死区时间,增加了电路的可靠性。在对Z源逆变器的工作原理和工作过程进行了深入研究之后,明确了各变量在直通状态与非直通状态的数量关系。通过对恒定直通调制、最大化直通调制、改进型恒开关频率调制三种调制策略的对比分析,在逆变效果相同的情况下,改进型恒开关频率调制能显著降低开关管的工作频率。其次,通过状态空间平均法和小信号扰动法对Z源逆变器进行了数学建模。在对Z源网络和并网逆变侧网络分别建模的基础上,将两个数学模型耦合得到并网逆变器整体模型。在模型基础上对整个并网结构进行了控制系统设计,得到控制系统分为并网电流环、Z源电容电压环和光伏阵列输出电压环三个闭环结构,并分别对各个闭环的PI参数进行了整定,通过阶跃扰动实验验证了PI参数的正确性。同时,对光伏发电系统进行了Simulink模型搭建,分析了光伏发电系统的特性,对扰动观察法和电导增量法两种MPPT控制方法进行了分析。通过MATLAB仿真验证了控制方法的有效性。最后,对整个系统进行了样机设计,包括对Z源电容、电感的设计选型,直流输入二极管和开关管的设计选型,设计了驱动电路、采样电路、过零捕获电路等辅助电路。通过Altium Designer软件绘制了Z源逆变器的原理图和PCB电路板。通过CCS3.3平台进行了基于控制器DSP2812程序的编写。最终通过MTALAB仿真和样机实验得到了与理论计算值完全符合的仿真波形和实验波形,从而验证了控制方法、调制策略以及参数设计的正确性和有效性。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615

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本文编号：1254211