基于光伏发电的Z源并网逆变器的研究

【摘要】：光伏并网发电是未来光伏发电技术的发展趋势,其中并网逆变器担任着至关重要的角色,因此,对并网逆变器的研究一直是研究光伏并网技术的核心关键,且对并网逆变器并网控制策略和电路拓扑的研究,一直是光伏并网技术中的重要课题。本文以Z源并网逆变器为研究对象,对其电路拓扑结构及并网控制策略进行分析研究。 首先将Z源逆变器与传统逆变器对比分析,由于Z源逆变器独特的X型拓扑结构,允许逆变桥同一桥臂上下功率器件同时导通,输出电流畸变小,输入电压变化范围大,控制其直通占空比就可以进行升降压控制。但是Z源并网逆变器在启动瞬间的冲击电流较大,为此,本文采用了一种优化Z源逆变拓扑结构,即在X型网络前级增加电感与开关功率管,利用电感电流不能突变的特点,降低Z源并网逆变器在启动时的冲击电流,在此基础上设计了优化的光伏并网Z源逆变器的发电系统,并在此基础上比较了几种并网控制策略。针对常规的并网控制策略在动态性能方面的不足,算法复杂等问题,采用基于虚拟磁链定向的直接功率控制策略,直接控制逆变输出的瞬时有功、无功功率进行功率闭环控制,并采用带直通的SVPWM开关函数作为直接功率的开关表,其是基于虚拟磁链定向的控制策略,同时实现功率的快速控制响应,电网电压的相位与频率被虚拟磁链观测器进行了精确定向,使并网逆变器的输出并网电流与电压同频同相,达成单位功率因数运行的目的。 最后,在MATLAB/Simulink环境下搭建优化Z源逆变器的光伏并网控制系统仿真,并依托实验室现有的10kW光伏并网发电系统,通过对仿真与分析实验波形,结果表明基于光伏发电的Z源并网逆变器,可以满足电网并联运行。 【关键词】：光伏发电 结构优化 并网控制 Z源逆变器 虚拟磁链
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 课题研究的背景及意义12-13
• 1.2 光伏发电技术的现状与发展趋势13-16
• 1.2.1 国内外光伏发电技术的发展现状13-14
• 1.2.2 发展趋势14-16
• 1.3 本文主要的研究内容16-18
• 2 光伏逆变器18-36
• 2.1 传统逆变器18-19
• 2.2 Z源逆变器19-23
• 2.2.1 工作原理19-22
• 2.2.2 Z源逆变器的局限性22-23
• 2.3 优化Z源逆变器23-32
• 2.3.1 优化结构的提出23-27
• 2.3.2 升压电路调制分析27-32
• 2.4 性能仿真验证32-34
• 2.5 本章小结34-36
• 3 优化Z源逆变器并网控制策略的研究36-52
• 3.1 控制策略概述36
• 3.2 常规并网控制策略36-37
• 3.2.1 电压定向的矢量控制策略36-37
• 3.2.2 直接功率控制策略37
• 3.3 虚拟磁链定向直接功率控制策略37-51
• 3.3.1 虚拟磁链定向控制概述38-40
• 3.3.2 虚拟磁链观测器40-43
• 3.3.3 SVPWM控制算法43-45
• 3.3.4 SVPWM算法仿真45-51
• 3.4 本章小结51-52
• 4 优化Z源并网逆变器硬件电路设计52-66
• 4.1 主电路设计53-57
• 4.1.1 优化X型网络设计53-55
• 4.1.2 开关器件与IPM模块选型55-56
• 4.1.3 输出滤波电路的设计56-57
• 4.2 DSP控制电路设计57-59
• 4.2.1 DSP辅助电源的设计57-58
• 4.2.2 过流保护电路58-59
• 4.3 辅助电源电路59-60
• 4.4 检测采样电路60-62
• 4.5 系统的软件实现62-65
• 4.5.1 主程序流程图62-64
• 4.5.2 并网子程序64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 5 10kW光伏并网逆变控制系统的仿真与实验分析66-72
• 5.1 系统的仿真分析66-68
• 5.2 并网逆变系统的实验68-70
• 5.2.1 逆变器实验验证68-69
• 5.2.2 实验结果分析69-70
• 5.3 本章小结70-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 本文总结72
• 6.2 展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 作者简介80

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