多电平光伏逆变器的研究与设计

【摘要】：随着当今社会的快速发展，能源环境危机问题越来越突出。煤炭、石油和天然气等非可再生能源已经不能满足人类可持续发展的需要，而在众多可再生能源中，太阳能具有可持续利用、无污染、成本低廉的优点。太阳能发电是太阳能利用的主要形式，而逆变器是太阳能发电系统的核心装置。逆变器的拓扑结构和控制策略对发电质量有着决定性的作用。 近年来多电平逆变器成为众多学者的研究热点，因为多电平逆变器具有输出电压变化率小、输出电压电流谐波畸变小、开关器件频率低损耗小和输出共模电压小等优点，这些优点使得多电平逆变器在光伏发电系统中拥有广阔的应用空间。 本论文首先介绍了太阳能电池的特性、光伏发电技术和多电平逆变器的发展及应用等。分析了几种常见的多电平逆变器的拓扑结构的特点和几种常用的多电平逆变器的PWM调制策略的特点。对一种基于二极管的二进制级联叠加式多电平逆变器进行改进使其应用于光伏并网中，把单相多电平空间矢量调制策略应用于基于二极管的二进制级联叠加式多电平逆变器的并网策略中，并在MATLAB/SIMUlink中搭建电路模型进行了的仿真验证。 提出了一种适用于光伏发电领域的一种新型不对称三电平三相逆变器拓扑结构，对其工作原理进行了分析，然后以逆变器输出电压的谐波畸变率和开关器件的损耗为依据分析比较了多电平逆变器的PWM调制策略，研究了电容电压变化时对逆变器输出线电压的影响，并在MATLAB/SIMUlink中建立电路系统模型进行了仿真验证。 其次，以型号TMS320F28335的DSP芯片为核心处理器设计了新型不对称三电平三相逆变器的验证性硬件电路，并对逆变器的硬件系统进行了介绍。 最后对全文所做工作进行了总结和展望。 【关键词】：光伏发电 多电平逆变器 谐波畸变 PWM调制策略 SIMUlink仿真
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 光伏发电原理及特点10-12
• 1.2.1 太阳能电池发电原理10-11
• 1.2.2 太阳能电池伏安特性11-12
• 1.3 太阳能发电系统的组成和类型12-15
• 1.3.1 光伏发电系统的组成12
• 1.3.2 光伏发电系统的类型12-14
• 1.3.3 光伏电站发展前景14-15
• 1.4 光伏并网逆变器的拓扑分类15-17
• 1.4.1 按输出相数分类15
• 1.4.2 按能量处理环节的数量分类15-16
• 1.4.3 按隔离方式分类16-17
• 1.5 现代逆变器的研究方向17-19
• 1.6 论文的主要研究内容19-20
• 2 多电平逆变器的电路结构20-30
• 2.1 多电平逆变器的产生、发展和特点20-21
• 2.2 二极管箝位式多电平逆变器21-22
• 2.3 飞跨电容式多电平逆变器22-24
• 2.4 级联式多电平逆变器24-26
• 2.4.1 2H 桥级联式多电平逆变器24-25
• 2.4.2 混合型多电平逆变器25-26
• 2.5 箝位式和级联式多电平逆变器的比较26
• 2.6 其它新型多电平逆变器26-29
• 2.7 本章小结29-30
• 3 多电平逆变器的 PWM 控制策略30-43
• 3.1 多电平逆变器 PWM 控制策略的来源及分类30-31
• 3.2 载波调制 PWM 方法31-39
• 3.2.1 多电平载波移相 PWM 法31-33
• 3.2.2 载波层叠法33-37
• 3.2.3 分段载波层叠 PWM 法37-39
• 3.2.4 开关频率优化法39
• 3.3 特定谐波消除法39-40
• 3.4 多电平空间矢量 PWM 法40-42
• 3.4.1 三相多电平空间矢量算法40-41
• 3.4.2 单相多电平空间矢量方法41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 基于二极管的二进制级联叠加式多电平逆变器及其并网策略的仿真43-51
• 4.1 电路拓扑及工作原理43-44
• 4.2 单相十五电平空间矢量调制技术44-46
• 4.2.1 单相空间矢量定义和坐标变换44-45
• 4.2.2 单相矢量选取与作用时间的计算45-46
• 4.3 并网控制策略46-47
• 4.4 建立仿真模型及结果分析47-50
• 4.5 本章小结50-51
• 5 一种新型不对称三电平三相逆变器51-65
• 5.1 电路拓扑结构51-52
• 5.2 不对称三电平三相逆变器的控制策略52-60
• 5.2.1 载波幅度随电源电压发生变化55-56
• 5.2.2 开关频率优化法56-60
• 5.2.3 电容电压对输出谐波的影响60
• 5.3 仿真框图及仿真结果60-64
• 5.4 本章小结64-65
• 6 不对称三电平三相逆变器验证性实验的硬件电路设计65-75
• 6.1 开关管种类及驱动电路设计65-66
• 6.2 电压/电流测量电路的设计66-70
• 6.2.1 用电流互感器测交流电流电路设计66-67
• 6.2.2 测量交流电压的电路设计67
• 6.2.3 测量直流电压的电路设计67-69
• 6.2.4 测直流电流电路设计69-70
• 6.3 辅助电源电路的设计70-71
• 6.4 微控制器核心板71-74
• 6.4.1 TMS320F28335 的 ePWM 模块72-73
• 6.4.2 DSP28335 最小系统的电源提供电路设计73-74
• 6.5 本章小结74-75
• 7 全文总结与展望75-76
• 参考文献76-78
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果78-79
• 致谢79

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