一种新型光伏并网逆变器研究

【摘要】：可再生能源对全球能源危机的缓解以及对相应环境问题的改善所起的作用，已经变得越来越不可替代。光伏并网发电也日渐发挥着它的作用，但是高成本、低效率以及不能适应更大范围的直流输入电压等问题是传统工频降压逆变器等面临的主要问题。 为了满足对大范围直流输入电压适应性的要求，逆变器大多采用DC-DC变流器和传统降压逆变器级联的结构，其缺点是成本和开关损耗较高。本文回顾和讨论了不同类型的单相逆变器拓扑。单级式逆变器具有诸如高效率，低成本，结构紧凑等优点，成为光伏并网逆变器的研究热点之一。本文对单级式并网逆变器展开进一步研究，围绕一种新型的三开关反激buck-boost逆变器展开分析，该逆变器通过buck-boost电路对直流输入电压进行升高或降低，而且通过单级电路将电能输送给电网。 光伏并网逆变器连接了光伏阵列和电网，而实现对逆变器的有效控制显得尤其重要。PWM控制技术由于具有简单易于实现以及仅需通过低通滤波就可直接解调的优点，从而得到广泛应用。闭环SPWM控制策略具有动态响应快，跟踪性能好，以及对直流输入电压变化的适应性强等优点，但控制系统中PID参数需根据不同工作点进行实时调整，从而增加了控制器的设计难度。 本文在PWM控制策略的基础上，提出一种基于能量平衡的新控制策略，称为脉冲能量调制（PEM）。即在一个开关周期内，按照所需的输出能量与反激电感储存的能量平衡原则来计算脉冲宽度。 首先，本文对三开关并网逆变器分别针对电感电流在断续导通模式（DCM）和电流连续模式（CCM）展开了详细地分析以推导脉冲宽度的计算方法。 其次，分别采用SPWM和PEM两种控制策略对三开关逆变器进行了仿真研究，仿真结果显示功率因数接近于1，THD小于5%，输入电压范围为50V~300V，表明基于PEM控制策略的三开关逆变器具有单位功率因数运行，较低THD的输出电流，以及对大范围直流输入电压有更好的适应性等优点。 最后，为了验证所研究的三开关逆变器及其PEM控制策略的有效性，搭建了500W的实验平台，设计了基于dsPIC33FJ64MC506的控制系统。 【关键词】：单相单级 buck-boost 逆变器 脉冲能量调制 大范围直流电压的适应性
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 课题研究的背景及意义8-9
• 1.2 光伏并网逆变器研究现状9-16
• 1.2.1 光伏并网逆变器拓扑分类9-13
• 1.2.2 并网逆变器控制技术13-15
• 1.2.3 并网逆变器发展趋势15-16
• 1.3 本课题研究的主要内容16-17
• 第二章 新型单级 buck-boost 逆变器的拓扑和控制策略17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 单相单级并网逆变器的选择17-19
• 2.3 工作原理19-23
• 2.3.1 工作过程分析19-21
• 2.3.2 DCM 和 CCM 工作模式的分析21-23
• 2.4 控制策略23-28
• 2.4.1 控制策略的选择23-25
• 2.4.2 闭环 SPWM 控制25-26
• 2.4.3 脉冲能量控制(PEM)26-28
• 2.5 小结28-29
• 第三章 不同控制策略下的 PSIM 仿真29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 开环 SPWM 控制建模及仿真29-31
• 3.3 闭环 SPWM 控制建模及仿真31-34
• 3.4 脉冲能量控制(PEM)建模及仿真34-37
• 3.5 小结37-38
• 第四章 控制系统的结构和软件设计38-55
• 4.1 引言38
• 4.2 系统构成38-42
• 4.2.1 逆变系统的硬件构造38-39
• 4.2.2 控制电路结构39-42
• 4.3 控制系统软件设计42-54
• 4.4 小结54-55
• 第五章 总结与展望55-57
• 5.1 总结55-56
• 5.1.1 三开关反激 buck-boost 逆变器55
• 5.1.2 脉冲能量调制（PEM）55
• 5.1.3 所做工作55-56
• 5.2 展望56-57
• 参考文献57-60
• 插图清单60-61
• 表格清单61-62
• 个人简历 在读期间发表的学术论文62-63
• 致谢63

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