光伏离并网逆变器主电路拓扑设计及功能软件实现

【摘要】：太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源,在技术进步和逐步完善的法规政策的强力驱动下,光伏产业进入快速发展阶段。光伏离并网系统的主要部件包括太阳能电池组件、MPPT(最大功率点跟踪)充电控制器、铅酸蓄电池和光伏离并网逆变器,光伏离并网逆变器以实现离网逆变功能为主,同时具备交流输入、并网输出及UPS等附加功能。围绕光伏离并网逆变器的离网逆变功能,主要开展如下研究工作:(1)提出了一种光伏离并网逆变器的主电路拓扑结构,详细说明了其工作原理与工作模式,扼要分析了MOSFET栅极驱动电阻、二阶LC滤波网络等关键电气元器件参数选取的理论依据与客观原则,推导并提供了光伏离并网逆变器的主电路关键电气元器件参数的计算公式。(2)引入了一种单极性倍频SPWM(正弦脉冲宽度调制)逆变调制技术,通过对其进行详细分析,进而得出了MOSFET栅极SPWM驱动脉冲信号的占空比大小与逆变桥侧SPWM脉冲信号占空比大小之间的数学关系,借助于MATLAB/Simulink计算机仿真软件,分析论证了其在抑制波形畸变、减少谐波含量、改善波形质量及提高逆变效率等方面的显著优势。(3)通过对光伏离并网逆变器频率特性的详细研究与分析,采用状态空间平均分析法对光伏离并网逆变器进行小信号系统分析,进而建立了其小信号系统数学模型,并在此基础上提出了改进型PI控制调节补偿器,实现了系统的数字化控制。通过MATLAB/Simulink计算机仿真工具对其进行交叉对比,借助于Freescale半导体公司新一代产品MK60DN512ZVLQ10硬件平台进行具体实验。仿真曲线与实验结果表明:光伏离并网逆变器可以较好地满足不同负载的实际需求。 【关键词】：光伏离并网逆变器 单极性倍频SPWM逆变调制技术 改进型PI控制调节补偿器
【学位授予单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-14
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 光伏离并网逆变器的研究现状与发展趋势9-11
• 1.3 光伏离并网逆变器的关键技术11-13
• 1.4 本课题的主要研究内容及安排13-14
• 第二章 主电路拓扑的设计与参数的选取14-25
• 2.1 光伏离并网逆变器主电路拓扑及其工作模式14-18
• 2.2 光伏离并网逆变器主电路拓扑关键元器件参数的确定18-24
• 2.2.1 MOSFET及其外围元器件的参数18-22
• 2.2.2 二阶LC滤波器参数的设计22-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 光伏离并网逆变器的控制策略25-41
• 3.1 单极性SPWM调制方式25-28
• 3.2 单极性倍频SPWM逆变调制方式28-33
• 3.3 不同SPWM调制方式下逆变功能的仿真分析33-39
• 3.3.1 四路MOSFET栅极驱动脉冲信号仿真波形分析33-35
• 3.3.2 逆变输出的电容电压、电感电流仿真波形分析35-37
• 3.3.3 逆变输出的正弦交流电压信号仿真波形分析37-38
• 3.3.4 正弦交流电压信号的谐波含量分析38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 建立系统数学模型与设计闭环调节补偿器41-70
• 4.1 信号调理电路41-43
• 4.2 基于状态空间平均分析法建立小信号系统数学模型43-48
• 4.3 光伏离并网逆变器闭环控制调节补偿器的设计48-51
• 4.4 引入改进型PI控制调节补偿器51-57
• 4.4.1 系统开环传递函数的频率特性51-52
• 4.4.2 改进型PI控制调节补偿器52-57
• 4.5 光伏离并网逆变器闭环仿真分析57-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 功能控制软件的实现70-77
• 5.1 改进型PI控制调节补偿器由连续域到离散域的实现70
• 5.2 光伏离并网逆变器逆变功能的软件实现机理70-76
• 5.2.1 逆变控制系统的主程序流程图71-73
• 5.2.2 逆变控制系统的中断服务程序流程图73-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 实验结果与分析77-84
• 6.1 四路MOSFET栅极SPWM驱动脉冲信号波形77-80
• 6.2 MOSFET栅极SPWM驱动脉冲信号的互锁延迟时间80-81
• 6.3 逆变桥侧SPWM脉冲信号81-82
• 6.4 光伏离并网逆变器逆变输出的正弦交流电压信号82
• 6.5 逆变效率测试82-83
• 6.6 本章小结83-84
• 结论84-86
• 参考文献86-88
• 致谢88-89
• 个人简历及在学期间研究成果89-90
• 附录90-93

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