基于平面集成技术的并网逆变器LCL滤波器研究

发布时间：2017-10-29 23:46

  本文关键词：基于平面集成技术的并网逆变器LCL滤波器研究

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【摘要】：自从18世纪蒸汽机发明,人类进入工业化之后,以石油、煤炭为代表的化石能源消费需求量与日俱增,一方面,在带来了极大工业文明的同时,也随之带来了气候变暖,环境污染等相关生态问题;另一方面,由于化石能源的储量有限,且不可再生,能源危机即将到来。发展清洁与可再生能源已迫在眉睫。这时以太阳能,风能为代表的分布式能源进入人类视野。由于其具有可持续,清洁等特点,近些年分布式能源在全世界范围内都有较为长足的发展。而分布式能源由于其自身特性,产生的电能有直流、交流,且谐波含量大,并不能直接接入电网。此时就需要逆变装置和滤波装置将分布式能源有效地接入电网。本文研究的单相并网滤波器就是其关键技术之一。首先,论文对单相并网逆变器输出端的谐波进行了分析。具体谐波含量由开关管的控制方式和频率决定,说明了在逆变器并网过程中L型和LCL型滤波器的有效性。然后针对并网的入网电流需要达到国际与国内标准,以及需要同时兼顾滤波器性能、功率因数和损耗等要求,在尽量满足以上限制条件的情况下,分别设定电容、电感、阻尼电阻、谐振频率设计的基本原则。从而以一台功率为600W的并网逆变器为对象,设计了LCL滤波器的各项关键参数,制作了一套分立式LCL滤波器。接着论文对LCL型滤波器的数学模型进行定性分析,说明其对谐波抑制的有效性。通过软件仿真平台设计了一套600W的单相并网逆变系统,验证了之前对LCL型滤波器关键参数设计的正确性。同时对比了当电感量相同的条件下,LCL型滤波器比L型滤波器有更好的滤波效果。其次,论文针对分立式LCL滤波器存在体积大,功率密度低的缺陷,提出了一种新型平面集成式LCL滤波器结构。采用铁氧体材料的E型磁芯的中柱与PLT磁芯充当电感铁心,通过平面磁集成技术实现了对两个电感与一个电容的集成。并以一台600W的并网逆变器为对象,制作出了一套平面集成式LCL滤波装置。之后,论文同样针对分立式LCL滤波器存在的缺陷,提出了另一种新型平面集成式LCL滤波器结构。分别采用E型磁芯的两侧边柱与PLT磁芯充当铁心,通过平面磁集成技术实现了对两个电感与一个电容的集成。通过600W的并网逆变实验平台,详细介绍了设计过程,并制作出一套平面集成式LCL滤波装置。最后,搭建了一套600W的单相并网逆变实验平台,分别对单L型,分立式LCL型及两种平面集成型的LCL滤波器进行了测试。比较了它们的各项性能,验证了前文的理论推导和设计。
【关键词】：并网逆变器 LCL滤波器 平面集成 参数设计
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464;TM761
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.1.1 分布式能源系统的现状与发展10
• 1.1.2 并网逆变器在分布式发电中的应用10-11
• 1.2 并网滤波器11-13
• 1.3 开关电源中的平面磁集成技术的发展及现状13-16
• 1.3.1 磁集成在LCL滤波器中的应用15-16
• 1.4 本文主要研究内容和意义16-18
• 1.4.1 本文主要研究内容16-17
• 1.4.2 本文研究意义17-18
• 第2章 LCL滤波器参数设计18-42
• 2.1 单相并网逆变器输出波形的谐波分析18-21
• 2.2 LCL滤波器的参数设计21-28
• 2.2.1 电容设计22-23
• 2.2.2 电感参数设计23-24
• 2.2.3 谐振频率设计24-26
• 2.2.4 阻尼电阻设计26-28
• 2.3 分立式LCL滤波器的设计28-33
• 2.3.1 LCL滤波器参数设计28-29
• 2.3.2 分立式LCL滤波器设计流程29-30
• 2.3.3 设计分立式电感30-33
• 2.4 软件仿真搭建33-34
• 2.5 软件仿真34-41
• 2.5.1 电流型并网模型分析34-36
• 2.5.2 控制策略分析36-37
• 2.5.3 软件仿真模型的建立37-39
• 2.5.4 软件仿真结果与分析39-41
• 2.6 本章小结41-42
• 第3章 基于平面集成LCL滤波器设计42-62
• 3.1 基于平面集成的LCL滤波器方案Ⅰ42-55
• 3.1.1 集成LCL的结构分析42-45
• 3.1.2 平面集成式LCL滤波器的结构设计45-46
• 3.1.3 平面磁芯的选择46-49
• 3.1.4 平面绕组的匝数49-51
• 3.1.5 平面集成绕组的气隙设计51-52
• 3.1.6 平面集成电容的设计52-55
• 3.2 基于平面集成的LCL滤波器方案Ⅱ55-61
• 3.2.1 平面磁芯的选择57-58
• 3.2.2 平面绕组的匝数58
• 3.2.3 平面集成绕组的气隙设计58-60
• 3.2.4 平面集成电容的设计60
• 3.2.5 设计校核60-61
• 3.3 本章小结61-62
• 第4章 软件仿真及实验平台搭建62-69
• 4.1 实验平台搭建62-68
• 4.1.1 直流输入单元62-63
• 4.1.2 逆变单元63-65
• 4.1.3 单L型与三种LCL型滤波器65-67
• 4.1.4 实验结果与分析67-68
• 4.2 本章小结68-69
• 第5章 总结展望69-71
• 5.1 本文工作总结69
• 5.2 未来展望69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果75

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本文编号：1115200