单相非隔离型Z源光伏并网逆变器的研究

【摘要】：并网逆变器是光伏并网发电系统的重要组成部分，正朝着高效率、高可靠性、高功率密度、模块化和智能化的方向发展。非隔离型并网逆变器具有体积小、效率高、成本低等优点，满足并网逆变器发展方向的要求，成为目前光伏并网逆变器的研究热点。本文针对新型非隔离型Z源逆变器展开研究，以实现传统Z源逆变器和非隔离型并网逆变器的优势互补，使系统高效并网的同时提高系统综合性能。 结合非隔离型全桥并网逆变器抑制共模电流的关键技术，从拓扑结构和调制策略两方面入手，改进传统Ｚ源逆变器，得到新型单相非隔离型Z源光伏并网逆变器。对新型拓扑的工作原理和工作特性进行分析，着重研究其抑制共模电流的原理，并通过仿真验证其共模电流抑制的有效性。 分析了非隔离型Z源光伏并网逆变器的开关应力和系统损耗，采用量化分析的方法将其与传统Z源逆变器的开关应力和损耗进行对比，以证明新型逆变器在效率上的优势。在此基础上，对系统的光伏阵列输出电压控制环、并网电流控制环和Z源电容电压控制环进行设计，并通过阶跃响应和Bode图验证设计的合理性。在MATLAB/Simulink环境下搭建系统仿真模型，仿真结果证明了新型拓扑的可行性和控制策略的有效性。 对单相非隔离型Z源光伏并网逆变器进行硬件和软件设计，并搭建了1kW功率的实验样机。实验结果表明：单相非隔离型Z源光伏并网逆变器能够确保系统可靠、高效的运行，本文所提设计方案切实可行。 【关键词】：非隔离型 Z源 光伏并网 共模电流 损耗分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 光伏并网逆变器的研究现状9-14
• 1.2.1 国内外光伏逆变器研究现状9-10
• 1.2.2 光伏并网逆变器的分类10-11
• 1.2.3 非隔离型逆变器的研究现状11-13
• 1.2.4 传统并网逆变器的局限性13-14
• 1.3 Z 源逆变器的研究现状14-17
• 1.3.1 传统 Z 源逆变器拓扑结构14-15
• 1.3.2 Z 源逆变器拓扑结构的发展15-17
• 1.4 本文主要研究内容17-18
• 第2章 单相非隔离型 Z 源逆变器基本方案18-30
• 2.1 单相非隔离型 Z 源逆变器的拓扑结构18
• 2.2 工作原理18-20
• 2.3 非正常工作状态20-22
• 2.4 工作特性分析22-24
• 2.4.1 改进的 PWM 调制策略22-23
• 2.4.2 换流过程23-24
• 2.5 系统共模电流的抑制24-29
• 2.5.1 光伏并网系统中的共模电流24-26
• 2.5.2 传统 Z 源逆变器共模电流分析26-27
• 2.5.3 单相非隔离型 Z 源逆变器共模电流分析27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 逆变器开关应力和损耗分析30-43
• 3.1 单相非隔离型 ZSI 与传统 ZSI 开关应力比较30-33
• 3.1.1 传统 Z 源逆变器开关应力分析30-31
• 3.1.2 单相非隔离型 Z 源逆变器开关应力分析31-33
• 3.2 单相非隔离型 Z 源光伏并网逆变器损耗分析33-40
• 3.2.1 通态损耗模型33-36
• 3.2.2 开关损耗模型36-38
• 3.2.3 电感损耗模型38-39
• 3.2.4 单相非隔离型 ZSI 与传统 ZSI 损耗对比分析39-40
• 3.3 单相非隔离型 Z 源逆变器开关频率的选择40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 系统控制策略分析43-54
• 4.1 交流并网电流控制44-46
• 4.2 Z 源电容电压控制46-48
• 4.3 光伏阵列输出电压控制48-50
• 4.4 仿真分析50-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 单相非隔离型 Z 源逆变器设计54-66
• 5.1 单相非隔离型 Z 源逆变器硬件电路设计54-60
• 5.1.1 主电路器件的选择54-57
• 5.1.2 控制电路设计57-60
• 5.2 单相非隔离型 Z 源逆变器软件设计60-62
• 5.2.1 捕获中断和周期中断子程序60-61
• 5.2.2 故障保护处理子程序61-62
• 5.3 实验结果与分析62-65
• 5.3.1 驱动测试63
• 5.3.2 逆变器离网工作特性测试63
• 5.3.3 逆变器并网工作特性测试63-65
• 5.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文72-74
• 致谢74

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