二极管箝位型三电平三相光伏并网逆变器的研究

【摘要】：随着能源危机的加剧以及人类生存环境的不断恶化，大力发展太阳能光伏发电技术已成为必然趋势，其中光伏并网逆变器的开发与研究备受全球学者的关注。二极管箝位型三电平光伏并网逆变器由于具有更好的输出电能质量、谐波含量少、输出容量大等优点，广泛应用于可再生能源发电及高压大功率场合。本文对二极管箝位型三电平逆变器的拓扑结构及并网控制策略进行了深入分析与研究。 本论文以二极管箝位型三电平三相逆变器的拓扑结构为基础，介绍了三电平逆变器的工作原理，重点分析了空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术，给出了空间矢量所在扇区的判断方法，推算出了各电压矢量的作用时间，最后对矢量作用顺序进行了优化。针对三电平拓扑固有的中点电位不平衡问题，本文归纳、总结了造成中点电位不平衡的主要原因，分析了空间各矢量对中点电位产生的影响，最后给出了一种常用的中点电位精确控制方法——平衡因子法，即通过引入平衡控制因子，调整正、负短矢量在一个控制周期内的作用时间，使中点电位在可控范围内波动，并通过仿真和实验验证了这种方法的可行性。 本文建立了二极管箝位型三电平三相逆变器的动态数学模型，通过Park变换与Clark变换，将逆变器各交流变量从ABC三相静止坐标系变换到dq旋转坐标系，从而得到了系统的各直流变量，便于控制系统设计。在此基础上，研究了基于电网电压定向的矢量控制(VOC)策略，采取电压外环与电流内环相结合的双闭环控制结构，确保了系统可靠运行，并可以有效地进行有功功率、无功功率调节。 本文研制了一台10KW二极管箝位型三电平三相逆变器系统样机，并对系统样机软、硬件设计分别作了介绍，其中硬件部分包括控制电路、驱动保护电路以及系统采样电路；软件部分包括循环主程序、中断服务程序以及SVPWM控制子程序。最后通过实验分析，验证了本论文所论述的各项控制策略的有效性与准确性。 【关键词】：二极管箝位型三电平三相逆变器 空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术 中性点电位平衡 电网电压定向矢量控制(VOC)
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题背景10-11
• 1.1.1 能源与环境问题10
• 1.1.2 光伏发电技术国内外发展状况10-11
• 1.2 多电平光伏并网逆变系统概述11-16
• 1.2.1 二极管箝位型多电平逆变器12-13
• 1.2.2 飞跨电容型多电平逆变器13-14
• 1.2.3 级联型多电平逆变器14-16
• 1.3 二极管箝位型三电平逆变器研究现状16-17
• 1.3.1 调制方法研究现状16
• 1.3.2 中性点电位平衡控制研究现状16-17
• 1.4 本论文主要研究内容17-18
• 第二章 二极管箝位型三电平拓扑结构研究18-25
• 2.1 二极管箝位型三电平拓扑结构18-22
• 2.1.1 二极管箝位型三电平拓扑结构工作原理19-22
• 2.1.2 二极管箝位型三电平拓扑结构优缺点22
• 2.2 仿真分析22-24
• 2.2.1 仿真模型建立22-23
• 2.2.2 仿真结果分析23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)策略研究25-40
• 3.1 三电平逆变器开关数学模型25-29
• 3.2 三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换29-31
• 3.3 三电平 SVPWM 控制策略31-39
• 3.3.1 扇区的判断33-34
• 3.3.2 参考矢量所在区域的划分与判断34-35
• 3.3.3 电压矢量作用时间的计算35-37
• 3.3.4 空间电压矢量作用顺序的优化37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 三电平逆变器中点电位平衡控制策略40-50
• 4.1 中点电位不平衡分析40-41
• 4.1.1 中点电位不平衡的主要原因40
• 4.1.2 中点电位不平衡的主要危害40-41
• 4.2 基本空间矢量对中点电位的影响分析41-45
• 4.3 中点电位平衡控制策略45-48
• 4.4 仿真分析48
• 4.5 本章小结48-50
• 第五章 NPC 三电平逆变器并网控制策略研究50-63
• 5.1 三电平逆变器动态数学模型50-55
• 5.1.1 ABC 三相静止坐标系下的动态数学模型50-53
• 5.1.2 αβ静止坐标系下的动态数学模型53-54
• 5.1.3 dq 旋转坐标系下的动态数学模型54-55
• 5.2 前馈解耦控制55-57
• 5.3 基于电网电压定向的矢量控制(VOC)57-61
• 5.3.1 电流内环 PI 调节器59-60
• 5.3.2 电压外环 PI 调节器60-61
• 5.4 仿真分析61-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第六章 NPC 三电平逆变器系统设计及实验波形分析63-78
• 6.1 系统硬件设计63-68
• 6.1.1 控制电路63-67
• 6.1.2 驱动保护电路67
• 6.1.3 信号采样电路67-68
• 6.2 系统软件设计68-71
• 6.2.1 循环主程序69-70
• 6.2.2 中断服务程序70
• 6.2.3 SVPWM 控制子程序70-71
• 6.3 实验平台与结果分析71-77
• 6.3.1 实验平台建立71
• 6.3.2 实验波形分析71-77
• 6.4 本章小结77-78
• 第七章 总结与展望78-80
• 7.1 全文总结78-79
• 7.2 展望79-80
• 参考文献80-85
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文85-86
• 致谢86-87

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