多电平逆变器在光伏发电系统中的应用研究

【摘要】：随着经济全球化进程的加速和工业经济的迅猛发展,人们对能源需求量不断增长,从能源消费的趋势来看,似乎并不是可持续发展的,这种情况导致了可再生能源的研究。太阳能作为一种取之不尽,用之不竭的清洁可再生绿色能源越来越受到人们的普遍关注,其开发利用技术亦得到迅猛发展。其中光伏发电是太阳能利用的一种主要方式,被认为是当前世界上最具有发展潜能的新能源技术。随着太阳能光伏发电的不断普及,太阳能光伏发电站的容量不断增加,提高光伏发电系统中电力电子装置效率、改善其输出特性以及引入并网发电技术成为光伏发电技术乃至整个新能源发电技术研究的重要内容。多电平逆变技术是当今发电技术研究中最主要的一种。 高功率通常要求更高的电压和电流来维持,光伏电池板的隔离电压限制制约了在光伏阵列中电池板串联的数量,从而限制了它的最大直流电压。因此,多电平逆变似乎是一个很好的太阳能应用解决方案,因为它能够使每个光伏阵列直接连接着直流母线。在这种情况下,应用于光伏发电系统的多电平逆变器的最近倍受关注。 在光伏发电系统中,常把一系列的光伏阵列串联然后连接到常规的两电平逆变器中,在这种系统中会发生光伏阵列局部阴影问题和光伏阵列的不匹配问题,这样会导致系统的发电能力无法达到最大化。为了克服这些问题,本文中介绍了一种把光伏阵列连接到二极管钳位型多电平逆变器的方案。本文还提出了一种脉宽调制控制技术,它能够独立的控制光伏阵列中的每一个工作电压。相比于传统的两电平逆变器系统,本文提出的这个方案能使系统输出最大功率,降低设备的额定电压(使设备性能特点变好),还可以减少输出电压的失真,并提高系统的效率。本方案已经通过仿真测试来验证了两组光伏阵列连接到三相二极管钳位型三电平逆变器系统配置的可靠性和控制策略的良好性能。 【关键词】：三相二极管钳位型 多电平逆变器 光伏阵列电压控制 光伏能源 脉宽调制
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 光伏发电前景9
• 1.2 多电平逆变器概述9-12
• 1.3 光伏发电系统简介12-14
• 1.4 本文研究内容14-16
• 第2章 多电平逆变器的拓扑结构16-21
• 2.1 概述16
• 2.2 二极管钳位型多电平逆变器16-18
• 2.3 飞跨电容式多电平逆变器18-19
• 2.4 级联型多电平逆变器19-20
• 2.5 多电平逆变器拓扑结构的选择20-21
• 第3章 多电平逆变器的调制和控制技术21-38
• 3.1 概述21
• 3.2 三角载波SPWM 控制21-26
• 3.2.1 SPWM 控制算法原理21-24
• 3.2.2 SPWM 控制算法MATLAB 仿真24-26
• 3.3 传统SVPWM 调制法26-31
• 3.3.1 SVPWM 控制算法原理26-29
• 3.3.2 传统SVPWM 控制算法MATLAB 仿真29-31
• 3.4 基于等效变换的改进SVPWM 调制法31-33
• 3.5 多电平逆变器调制方法的选择33-34
• 3.6 多电平逆变器控制算法的MATLAB 仿真34-38
• 第4章 独立光伏阵列电压控制思想38-46
• 4.1 光伏电池的特性曲线38
• 4.2 光伏阵列性能分析38-42
• 4.2.1 光伏阵列的结构与分类38-39
• 4.2.2 光伏阵列的数学模型39-40
• 4.2.3 光伏阵列输出伏安特性40-42
• 4.3 最大功率点的跟踪(MPPT)算法42-44
• 4.3.1 定电压跟踪法(CVT)42-43
• 4.3.2 扰动观测法43
• 4.3.3 导纳微分法43-44
• 4.4 光伏电池的MATLAB/Scape 仿真44-46
• 第5章 光伏阵列独立电压控制策略46-66
• 5.1 光伏阵列独立电压控制电压思想46-48
• 5.2 多电平逆变器前端的电压平衡控制48-52
• 5.2.1 平衡原理49-50
• 5.2.2 平衡控制50-51
• 5.2.3 扰动控制策略51-52
• 5.3 光伏阵列独立电压控制和调制方案52-55
• 5.3.1 直流母线电压控制53-54
• 5.3.2 平衡控制54
• 5.3.3 调制控制54-55
• 5.4 基于光伏阵列独立电压控制系统的 MATLAB 仿真55-66
• 5.4.1 基于三电平逆变器的独立光伏发电系统MATLAB 仿真55-62
• 5.4.2 基于三电平逆变器的光伏并网发电系统MATLAB 仿真62-66
• 第6章 总结与展望66-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 个人简历、攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果71

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