基于内高频环的并网三相光伏逆变器的研究和实现

【摘要】：传统能源的日益枯竭及人类社会对能源需求的不断增长，使得人们不得不寻求低污染、低排放的可再生能源构成合理的能源组成结构。光伏发电是通过光生伏打效应对太阳能直接利用的新能源，随着当前不断发展的电力电子技术及控制技术，及对光伏发电系统日益深入的研究，光伏发电系统近年来在全球范围内获得了飞速的发展。 本文主要以10KW内高频环并网三相逆变器的研究和实现为基础，就并网光伏逆变器中的一些关键技术展开论述。主电路的拓扑采用的是内高频环脉冲直流环（HFPDC-link）与三相半桥逆变的结构。内高频环脉冲直流环本质上是有隔离作用的DC/DC正激拓扑结构，由于有高频变压器的作用，使得电路的占空比得到扩展，可以工作在大于0.5占空比条件下。该结构可以使得后级三相逆变电路在采用优化的空间矢量控制方法下取得零电压开关（ZVS）的效果。逆变器效率、功率密度及可靠性的提升是一个系统的工程，本文主要从在高频工作时减少开关器件的动作次数及零电压开关上来提高效率，并论述减小变压器器体积的内高频结构，通过采用解耦双同步参考系锁相环来使并网逆变器与电网同步，从而提高系统的可靠性。逆变器的控制器采用TMS320F2812，通过该DSP的强大功能实现单控制器对系统的控制功能。主电路部分将通过PLECS进行仿真，根据仿真结果改进参数然后进行实验验证分析。 通过理论分析和实验验证，光伏逆变器的效率获得提高，在同等功率条件下的有变压器并网光伏逆变器中，系统的功率密度也有显著提高。 【关键词】：并网光伏逆变器 脉冲直流内高频环 电网同步
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 全球能源状况9-11
• 1.2 光伏发电与可再生能源11
• 1.3 光伏逆变器11-15
• 1.3.1 光伏逆变器的分类11-12
• 1.3.2 并网光伏逆变器12-14
• 1.3.2.1 光伏逆变器并网标准12-13
• 1.3.2.2 并网光伏逆变器结构中的变压器13-14
• 1.3.3 并网光伏逆变器技术国内外发展现状14-15
• 1.4 本课题的选题意义及主要内容15-17
• 1.4.1 选题意义15-16
• 1.4.2 主要研究内容16-17
• 第二章 三相并网光伏逆变器的效率及功率密度17-25
• 2.1 并网光伏逆变器的效率17-22
• 2.1.1 太阳能电池等效电路17-18
• 2.1.2 最大功率跟踪技术18-20
• 2.1.3 基于BOOST的最大功率跟踪20-22
• 2.2 并网光伏逆变器体积相关22-23
• 2.2.1 功率器件的散热器22
• 2.2.2 直流母线电容22-23
• 2.2.3 主电路中的电感23
• 2.3 影响逆变器效率的其他因素23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 三相并网逆变器电网同步及电流控制25-39
• 3.1 双同步参考系25-29
• 3.2 解耦双同步参考系分析29-32
• 3.3 解耦双旋转坐标系锁相环的结构及软件实现32-34
• 3.3.1 解耦双旋转坐标系锁相环的结构32-33
• 3.3.2 解耦双旋转坐标系锁相环的软件实现33-34
• 3.4 并网电流的控制34-37
• 3.4.1 并网电流控制方法分类34-35
• 3.4.2 基于DQ坐标系的PI控制35-37
• 3.5 本章小结37-39
• 第四章 内高频环与并网安全39-53
• 4.1 内高频环39-49
• 4.1.1 内高频环的分类39-41
• 4.1.2 内高频脉冲直流环的电路结构41
• 4.1.3 内高频脉冲直流环的工作原理41-46
• 4.1.3.1 占空比扩展的内高频脉冲直流环的基本原理41-42
• 4.1.3.2 占空比扩展的内高频脉冲直流环稳态电路分析42-45
• 4.1.3.3 内高频脉冲直流环的关键参数45-46
• 4.1.4 基于内高频脉冲直流环的三相并网逆变器46-49
• 4.2 并网安全问题49-52
• 4.2.1 三相光伏逆变器的并网49
• 4.2.2 并网逆变器的孤岛效应49-51
• 4.2.2.1 孤岛效应被动检测50-51
• 4.2.2.2 孤岛效应主动检测51
• 4.2.3 电网故障下的三相并网逆变器控制51-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 并网三相光伏逆变器硬件电路53-69
• 5.1 系统硬件概述53-54
• 5.2 并网逆变器控制系统54-58
• 5.2.1 并网逆变器的控制器55
• 5.2.2 并网逆变器的采样电路55-56
• 5.2.3 并网逆变器的通讯电路56-58
• 5.3 功率器件选型58-59
• 5.4 驱动系统59-62
• 5.5 高频变压器62-65
• 5.6 LCL滤波器65-67
• 5.7 本章小结67-69
• 第六章 系统仿真及实验结果69-75
• 6.1 系统仿真结果及分析69-71
• 6.2 实验结果71-74
• 6.2.1 实验条件71
• 6.2.2 实验过程71-74
• 6.3 本章小结74-75
• 第七章 总结与展望75-76
• 7.1 工作总结：75
• 7.2 工作展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 附录一：实验装置一81-82
• 附录二：实验装置二82-83
• 攻硕期间取得的学术成果83-84

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