基于Z源逆变器的光伏并网系统研究

【摘要】：随着全球经济的快速发展，人们对能源的需求日益增加。但由于传统化石燃料的不可再生性以及使用过程中带来的环境污染等问题，使得开发利用新能源已经迫在眉睫。光伏并网发电作为新能源开发领域的一个重要方面，得到了国内外众多学者的广泛关注。逆变器是并网发电系统的核心部分，在能量转换和传递过程中起着重要作用。本文用Z源逆变器取代了传统并网系统中的电压型逆变器，Z源逆变器能够克服传统逆变器的不足从而使整个系统获得更加优良的性能。 本文首先分析了传统电压型逆变器和电流型逆变器的理论局限性，在此基础上对Z源逆变器的电路拓扑、工作原理和调制方法进行了介绍，通过和传统逆变器进行比较，突出了Z源逆变器在光伏并网中的优势。 其次，将整个电路分为Z网络和逆变桥两部分，利用状态空间平均法分别对各部分进行小信号建模，得到系统的整体模型。在建模的基础上将整个控制系统分成三个闭环：并网电流环、Z网络电容电压环和光伏阵列输出电压环，并对各环节调节器进行了设计。电流环实现了输出电流对电网电压的跟踪，使系统以单位功率因数运行；电压环通过调节Z源电容电压来间接调节母线电压；光伏阵列电压环调节光伏电池的输出电压，使光伏电池工作的最大功率点附近。 在上述理论分析的基础上，对系统主电路、驱动电路和采样电路等硬件部分进行了设计，并介绍了最大功率跟踪、驱动信号产生和单相锁相环等模块的工作原理。本文通过微分法构造两相正交电压，实现了基于旋转坐标系的单相软件锁相。最后利用数字信号处理器TMS320LF2407A搭建了单相Z源逆变器实验样机，验证了理论设计的合理性。 【关键词】：光伏发电 Z源逆变器 并网 闭环控制 锁相
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景10
• 1.2 光伏产业的广泛应用10-12
• 1.2.1 国外光伏产业的发展11-12
• 1.2.2 中国光伏产业的发展12
• 1.3 光伏发电系统概述12-13
• 1.4 光伏并网系统13-15
• 1.5 课题研究的意义及主要内容15-17
• 1.5.1 课题研究意义15
• 1.5.2 课题研究内容15-17
• 第2章 Z 源逆变器17-27
• 2.1 Z 源逆变器电路结构17-19
• 2.1.1 传统逆变器17-18
• 2.1.2 Z 源逆变器18-19
• 2.2 Z 源逆变器的工作原理19-21
• 2.3 Z 源逆变器工作过程分析21-24
• 2.4 Z 源逆变器的调制方法24-26
• 2.4.1 简单升压调制24-25
• 2.4.2 改进型 SPWM 调制25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 Z 源逆变器建模与控制系统设计27-45
• 3.1 Z 源逆变器的建模27-33
• 3.1.1 Z 源网络建模28-30
• 3.1.2 逆变侧建模30-33
• 3.2 控制系统结构33-44
• 3.2.1 并网电流环设计34-38
• 3.2.2 Z 源电容电压环38-41
• 3.2.3 光伏阵列输出电压环41-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第4章 系统软硬件实现45-58
• 4.1 系统的硬件介绍45-49
• 4.1.1 主电路设计45-46
• 4.1.2 驱动电路设计46-47
• 4.1.3 采样电路设计47-49
• 4.2 系统软件实现49-57
• 4.2.1 程序总体结构50-52
• 4.2.2 最大功率跟踪52-53
• 4.2.3 PWM 信号产生53-54
• 4.2.4 锁相环分析54-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第5章 仿真与实验结果分析58-65
• 5.1 仿真波形及分析58-62
• 5.2 实验结果及分析62-64
• 5.3 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-71
• 致谢71-72
• 作者简介72

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