基于Z源逆变器的太阳能光伏发电研究

【摘要】：在太阳能、风能、燃料电池等新型清洁能源发电系统中,其中太阳能是未来能源发展的重点,而光伏发电则是太阳能应用发展的趋势,逆变器又是光伏发电系统核心组成部件之一,所以说逆变器是非常重要的一个环节。传统逆变器一般有电流源型逆变器和电压源型逆变器,可是这两种逆变器都存在着一些自身的缺陷。电流源型逆变器是升压型的,电压源型逆变器是降压型的,为了获得在逆变器输入侧更大的电压或更小的电压,一般都需额外加入一级DC/DC变换电路,可是这样就降低了整个系统的运行效率,同时也会使整个系统的控制更加复杂。此外在这二种逆变器中,可能会出现EMI噪声干扰现象,这会导致桥臂开路(或直通),因此系统的可靠性也会降低；为了避免这种现象,一般要加入死区时间,可是这又会使输出电流(或电压)波形产生畸变。 本文从分析二种传统逆变器拓扑结构的特性入手,对比分析了这二种拓扑结构的优缺点。针对这些缺点本文研究了一种新型拓扑结构—Z源网络逆变器,它不仅具有二种传统拓扑的优点而且还克服了传统逆变器的缺陷,在系统引入Z源网络后,使逆变器具有了传统逆变器所不具有的新特性,例如桥臂直通就成为了正常的工作模式即直通零状态。 本文首先对Z源网络逆变器的工作原理进行了详细的分析,重点研究了Z源网络逆变器的数学模型和二种PWM控制策略—正弦脉宽调制(SPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM),同时分析了Z源网络逆变器的开关应力；最后在深入分析和研究了Z源逆变器主电路参数与控制系统的设计方法之后,搭建了一台Z源网络逆变器实验样机,实验结果和仿真相符合。从而验证了以上理论研究和设计分析的正确性。 【关键词】：逆变器 Z源网络 直通零状态 空间矢量脉宽调制
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景8
• 1.2 传统逆变器的缺点分析8-11
• 1.2.1 传统电流源逆变器拓扑9-10
• 1.2.2 传统电压源逆变器拓扑10-11
• 1.3 Z源网络逆变器的提出11-12
• 1.4 Z源网络逆变器的应用领域和研究现状12-15
• 1.4.1 Z源网络逆变器在交流调速系统中的应用12-14
• 1.4.2 Z源网络逆变器在光伏发电系统中的应用14-15
• 1.5 本论文研究的主要内容15-16
• 第二章 Z源逆变器16-40
• 2.1 电压源Z源网络逆变器的拓扑结构与工作原理16-21
• 2.1.1 电压源Z源网络逆变器的拓扑结构16-18
• 2.1.2 电压源Z源网络逆变器的工作原理18-21
• 2.2 Z源网络逆变器的一种非正常工作状态分析21-25
• 2.2.1 三相Z源网络逆变器的非正常工作状态22-24
• 2.2.2 单相Z源网络逆变器的非正常工作状态24-25
• 2.3 Z源网络逆变器的PWM控制方法25-37
• 2.3.1 Z源网络逆变器的SPWM控制技术27-33
• 2.3.2 Z源网络逆变器的SVPWM控制技术33-37
• 2.4 Z源网络逆变器的各种控制方法与开关电压应力的分析比较37-39
• 2.5 本章结论39-40
• 第三章 Z源网络逆变器的建模40-51
• 3.1 Z源网络的建模40-44
• 3.1.1 采用状态空间平均法的Z源网络模型40-43
• 3.1.2 采用开关函数描述法的Z源网络模型43-44
• 3.2 逆变器的建模44-49
• 3.2.1 单相半桥逆变器的建模44-47
• 3.2.2 三相逆变器的建模47-49
• 3.3 Z源网络逆变器的建模49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 Z源网络逆变器系统的设计51-73
• 4.1 Z源网络的设计51-53
• 4.1.1 Z源网络中电容的设计51-52
• 4.1.2 Z源网络中电感的设计52-53
• 4.2 输入侧二极管的设计53-54
• 4.3 输入侧交流电容器的设计54-55
• 4.4 基于光伏的三相Z源并网逆变器系统的设计55-65
• 4.4.1 采样电路的设计55-57
• 4.4.2 交流侧电感电流的内环控制57-60
• 4.4.3 Z源网络电容电压外环控制60-64
• 4.4.4 直通时间控制64-65
• 4.5 基于单相Z源网络逆变系统65-72
• 4.5.1 设计方法与系统框图65-66
• 4.5.2 仿真与实验结果66-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 结论与展望73-74
• 参考文献74-77
• 在学研究成果77-78
• 致谢78

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