基于改进Z源逆变器的光伏并网发电系统的设计

【摘要】：工业革命以来，传统燃料资源一天天减少。传统能源消耗对环境造成的危害日益突出，能源问题引发的地区冲突不断增加。21世纪人类正面临着能源短缺的危机。为了适应人类的可持续发展需要，大力发展可再生能源成为人类发展的必由之路。太阳能以其取之不尽、用之不竭、清洁而无污染的的特点得到了世界各国的重视与发展。 光伏发电并网使太阳能得到更好的利用。光伏逆变器作为能量转换的核心器件对太阳能并网起着至关重要的作用。传统逆变器上下桥臂存在直通短路的可能，可靠性低。为防止上下桥臂直通，需要在PWM调制波中加入死区时间，降低了输出电能的质量。为了克服传统逆变器存在的缺陷,文章采用Z源逆变器。论文在分析传统Z源逆变器结构、工作原理的基础上，阐述了传统Z源逆变器的优势及不足。为此，文章采用了改进Z源逆变器，在继承传统Z源逆变器优点的同时很好的弥补了传统Z源逆变器的不足。为深入研究改进Z源逆变器的工作原理，以状态空间平均法对改进Z源逆变器进行了建模。同时总结了适用于Z源逆变器的PWM调制策略，对他们升压能力、调制范围进行了比较分析。重点设计了改进Z源逆变器的并网控制系统，引入基于Z源电容电压波动的并网电流幅值控制策略，减小了并网电流在工频周期内的波动。以下垂锁相技术代替传统锁相技术，实现并网电流的高功率因数运行。 以Matlab为工具分别搭建系统仿真电路，通过对比分析验证了理论分析的正确性及控制系统的有效性。依据理论分析及仿真电路，设计了改进Z源逆变器的硬件可行性设计方案。 【关键词】：光伏并网 改进Z源逆变器 状态空间平均法 并网控制策略
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 论文的研究背景7-8
• 1.2 世界各国的发展历史与研究现状8-10
• 1.3 国内光伏产业发展历史与研究现状10-11
• 1.4 传统光伏并网逆变器11-12
• 1.5 论文结构与主要内容12-14
• 第二章 Z 源与改进 Z 源逆变器14-28
• 2.1 Z 源逆变器14-16
• 2.2 改进 Z 源逆变器16-18
• 2.3 改进 Z 源逆变器的建模18-26
• 2.4 改进 Z 源逆变器性能分析26
• 2.5 本章小结26-28
• 第三章 Z 源逆变器的 SPWM 调制策略28-40
• 3.1 SPWM 技术28-29
• 3.2 简单升压调制策略29-31
• 3.2.1 简单 SPWM 调制策略的原理29-30
• 3.2.2 简单升压控制调制策略的仿真实现30-31
• 3.3 三次谐波注入调制策略31-34
• 3.3.1 三次谐波注入调制策略的原理31-33
• 3.3.2 三次谐波注入调制策略的仿真实现33-34
• 3.4 最大升压调制策略34-37
• 3.4.1 最大升压调制策略的原理34-36
• 3.4.2 最大升压调制策略的仿真实现36-37
• 3.5 SPWM 调制策略的比较分析37-39
• 3.5.1 升压范围的比较37-38
• 3.5.2 直流电压应力比较分析38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第四章 并网控制系统设计40-54
• 4.1 Z 源并网逆变器控制系统的整体设计40-53
• 4.1.1 交流电流内环设计41-48
• 4.1.1.1 电流并网的基本原理42
• 4.1.1.2 基于 Z 源网络电容电压波动的并网电流控制策略42-44
• 4.1.1.3 经典 PI 控制方式产生的相位差44-46
• 4.1.1.4 下垂锁相技术46-48
• 4.1.2 Z 源电容电压闭环设计48-50
• 4.1.3 光伏电池最大功率跟踪环50-53
• 4.1.3.1 MPPT 控制50-51
• 4.1.3.2 MPPT 直通零矢量环原理51-53
• 4.2 本章小结53-54
• 第五章 仿真实验54-62
• 5.1 新型 Z 源逆变器与传统 Z 源逆变器的仿真比较分析54-56
• 5.2 基于 Z 源网络电容电压变化的并网电流控制仿真56-58
• 5.3 下垂锁相技术下的并网电流仿真58-59
• 5.4 并网系统整体仿真59-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 系统总体初步设计方案62-69
• 6.1 改进 Z 源逆变器的整体设计62
• 6.2 主电路参数设计62-65
• 6.2.1 光伏电池板的选择62
• 6.2.2 Z 源网络电容的参数确定62-63
• 6.2.3 Z 源电感设计63-64
• 6.2.4 IPM 智能模块选择64-65
• 6.3 控制电路设计65-68
• 6.3.1 Z 源电容电压检测66
• 6.3.2 交流采样电路66-68
• 6.4 本章小结68-69
• 总结与展望69-71
• 本文工作总结69-70
• 展望70-71
• 参考文献71-74
• 发表论文和参加科研情况说明74-75
• 致谢75

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