基于高频桥臂技术的无变压器式双向光伏逆变器的研究

【摘要】：在光伏发电系统中，光伏逆变器是连接光伏阵列和用户之间的桥梁，是整个发电系统的核心，它的性能直接影响着整个光伏发电系统的性能和效率。在传统的光伏逆变器拓扑结构中，为了保证安全和输出功率的质量，都需要采用变压器进行隔离，抑制输出电流谐波。但是传统变压器因其体积大、重量大、效率低能缺点已经对整个光伏发电系统的性能产生了很大的影响。 随着新型分布式能源的兴起和涌入，无变压器式并网光伏逆变器因其相比于传统逆变器的明显优势已经得到全世界范围的重视。本文在无变压器式光伏逆变器的基础上，将高频引入P-cell模块和N-cell模块中，总结出了高频桥臂技术的概念，提出了一种基于高频桥臂技术的新型双向无变压器式光伏逆变器结构。 所提出的这种新型结构可以工作在电感电流连续和断续模式下，具有高效、可靠等诸多优点。由于利用了高频桥臂技术，达到了更高的等效系统频率，电感电流波纹较小，输出电流更光滑，电感元件体积也大幅度减小。同时，该结构不存在开关直通问题无需设置死区时间，可以通过PWM调制技术最大限度地传输能量。另外，可以根据需要通过增加桥臂数量扩大系统容量。该结构具有整流和逆变两种工作模式，能够实现功率的双向流动，更能满足未来直流配电网的需求。本文详细阐述了该结构的工作原理及参数的设计，最后搭建了该结构8kW实验系统进行实验验证，结果证实了所提出的无变压器式双向光伏逆变器在独立运行情况下的可靠性和高效性。 【关键词】：P-cell N-Cell 高频桥臂 双向无变压器式 电流断续模式 电流连续模式
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究的背景及意义10-13
• 1.2 本文主要工作13-18
• 第2章 高频桥臂技术18-28
• 2.1 基于基本开关模块的电力电子拓扑结构18-22
• 2.1.1 两种基本开关模块18
• 2.1.2 单向 DC-AC 和 AC-DC 变换器18-21
• 2.1.3 基于 P-cell 和 N-cell 双向逆变器桥臂21-22
• 2.2 基于基本开关单元的高频桥臂技术22-25
• 2.2.1 高频桥臂技术提出的意义22-23
• 2.2.2 高频桥臂技术概念23-25
• 2.3 利用高频桥臂技术的调制方式25-27
• 2.3.1 调制问题的产生25-26
• 2.3.2 调制方式的比较和选择26
• 2.3.3 移相控制法26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 基于高频桥臂技术的新型无变压器式双向光伏逆变器结构28-45
• 3.1 不同无变压器式光伏逆变器拓扑结构的比较28-32
• 3.1.1 传统 H 桥结构28-29
• 3.1.2 H5 桥结构29-30
• 3.1.3 HERIC 结构30-31
• 3.1.4 Dual-buck 结构31-32
• 3.2 基于高频桥臂技术的新型无变压器式双向光伏逆变器结构32-41
• 3.2.1 新型无变压器式光伏逆变器拓扑结构32
• 3.2.2 新型无变压器式光伏逆变器工作原理32-38
• 3.2.3 新型无变压器式光伏逆变器工作模式38-41
• 3.2.4 所提新型逆变器的控制策略41
• 3.3 泄露电流分析41-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 效率的计算和分析45-60
• 4.1 器件导通损耗45-51
• 4.1.1 占空比的计算46-48
• 4.1.2 半导体器件的压降模型48
• 4.1.3 不同调制方式器件平均导通损耗48-51
• 4.2 器件开关损耗51-55
• 4.2.1 二极管的反向恢复特性52
• 4.2.2 二极管开关损耗分析52-54
• 4.2.3 开关器件开通关断损耗分析54-55
• 4.3 所提结构的效率的分析与计算55-58
• 4.4 本章小结58-60
• 第5章 仿真与实验60-66
• 5.1 PSIM 仿真与实验60-61
• 5.2 实验结果分析61-64
• 5.3 本章小结64-66
• 结论66-67
• 参考文献67-72
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果72-73
• 致谢73

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