谐振式软开关光伏并网逆变器的研究

【摘要】：在全球能源危机和环境污染的双重压力下，光伏并网发电技术正得到越来越广泛的重视。光伏并网发电系统的核心是光伏并网逆变器，传统的光伏并网逆变器采用PWM控制方式，因占空比不断变化，开关管工作在硬开关状态，开关瞬间存在较大的开关损耗，且容易引起尖峰电压损坏开关管，降低系统寿命。为解决以上问题，本文提出了谐振式软开关光伏并网逆变器，并对其电路结构、控制方法及实现方式做了深入的研究。 针对传统PWM控制型光伏并网逆变器的主电路拓扑结构其开关管始终工作在硬开关状态，开关损耗大的问题，给出了谐振式软开关主电路拓扑结构，使开关管始终工作在谐振式零电流软开关状态，减小了开关损耗。对电路的工作状态及数学模型做了详细分析，并给出了各主要元器件参数的设计方法。为对谐振式软开关主电路进行有效控制，提出了基于正弦波脉冲密度调制（SPDM）的系统控制方法；针对循环换流器换流期间的并网电流滞后现象，提出了辅助滞环控制方法，使电流在过零点波形更为平稳，减少了谐波含量；采用电网电压前馈补偿控制方法和最大功率点跟踪方法，给出具体实现方案。 在理论分析的基础上，采用PSPICE软件对逆变器主电路进行了仿真；采用MATLAB/SIMUlink软件建立了系统仿真模型，对MPPT控制、外电压环控制、SPDM电流跟踪控制、辅助滞环控制和电网电压前馈补偿控制进行了仿真分析，验证了理论分析的正确性。搭建了小功率光伏并网逆变器实验平台，并对实验结果进行了分析，验证了系统方案的可行性。 【关键词】：光伏 逆变器 谐振 软开关
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 课题研究的背景和意义7
• 1.2 光伏发电的现状和发展趋势7-8
• 1.3 光伏并网技术的研究现状和存在问题8-11
• 1.4 本课题研究的主要内容11-13
• 第二章 谐振式软开关光伏并网逆变器的主电路研究13-27
• 2.1 光伏并网逆变器的主电路拓扑结构13-14
• 2.1.1 传统 PWM 控制型主电路拓扑结构13
• 2.1.2 谐振式软开关主电路拓扑结构13-14
• 2.2 DC/DC 变换电路分析14-18
• 2.2.1 Boost 电路工作状态分析14-16
• 2.2.2 Boost 电路参数计算16-18
• 2.3 DC/AC 变换电路分析18-26
• 2.3.1 谐振式软开关逆变电路工作原理18-20
• 2.3.2 各开关模态等效电路20-21
• 2.3.3 各开关模态工况分析21-24
• 2.3.4 谐振式软开关逆变电路参数计算24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 基于正弦波脉冲密度调制的光伏并网控制技术27-37
• 3.1 双闭环系统控制策略27-28
• 3.2 SPDM 并网电流跟踪控制技术28-33
• 3.2.1 并网电流跟踪控制方法比较28-29
• 3.2.2 SPDM 并网电流跟踪控制的基本原理29-30
• 3.2.3 SPDM 并网电流跟踪控制的实现方法30-32
• 3.2.4 辅助滞环控制方法32-33
• 3.3 电网电压前馈补偿控制33-34
• 3.4 最大功率点跟踪方法34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 控制系统硬件电路设计37-45
• 4.1 硬件电路整体结构37
• 4.2 DSP 最小系统37-38
• 4.2.1 DSP 最小系统电路37-38
• 4.2.2 DSP 主要端口定义38
• 4.3 辅助电源电路38-40
• 4.4 MOSFET 及其驱动电路40-41
• 4.5 信号检测电路41-44
• 4.6 内锁相环电路44
• 4.7 本章小结44-45
• 第五章 系统软件设计45-51
• 5.1 系统软件的整体结构45-46
• 5.2 系统主程序46
• 5.3 SPDM 控制子程序46-47
• 5.4 自动排序 A/D 转换47-48
• 5.5 MPPT 控制子程序48-49
• 5.6 锁相环控制子程序49-50
• 5.7 本章小结50-51
• 第六章 光伏并网系统的仿真和实验51-61
• 6.1 基于 PSPICE 软件的主电路仿真51-53
• 6.1.1 传统 PWM 控制型逆变电路的仿真51-52
• 6.1.2 谐振式软开关逆变电路的仿真52-53
• 6.2 基于 MATLAB 软件的系统仿真53-59
• 6.2.1 系统仿真模型的建立53-55
• 6.2.2 系统仿真结果分析55-59
• 6.3 实验结果及分析59-60
• 6.4 本章小结60-61
• 主要结论与展望61-63
• 主要结论61-62
• 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66
• 附录66-70
• 附录 A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文66-67
• 附录 B 控制系统主要电路原理图67-70

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