组串型非隔离光伏并网逆变器的研究

【摘要】：新能源的开发与利用毋庸置疑已经成为当今世界各国发展的主题之一,太阳能的清洁、高效已使其成为了全球范围内能源领域重点开发的新能源之一。而光伏并网发电已成为近年来开发利用太阳能的最重要的形式,因此国内外电力电子领域对并网发电系统的研究也变得炙手可热。本文就目前光伏并网逆变系统的研究进行了对比和分析,比较了传统集中式并网逆变器和组串型并网逆变器的优缺点。就组串型非隔离并网逆变器系统进行了前级DC/DC变换器的拓扑研究比较,深入地研究了交错并联双Boost拓扑结构作为组串型光伏并网逆变系统的前级DC/DC变换器对减小光伏输入纹波的理论依据,并对交错并联双Boost电路进行了小信号建模分析,得出其小信号模型以便进行调节器设计。并通过仿真验证了交错并联双Boost电路对输入纹波的抑制作用。对并网侧,本文研究了其小信号建模,推导出相关传递函数,进行了谐振控制器(PR)的设计。同时,本文研究了非隔离逆变系统中共模漏电流的产生原因,分析了H5拓扑结构对共模漏电流的抑制作用。给出了本文所设计的组串型光伏并网逆变器的控制框图及设计参数。最后,进行了2.5KW原理样机的搭建和调试,并展示了相关实验结果,表明系统在不同输出并网功率下均能达到并网要求,PR控制器下,谐波含量低至0.8%,整机效率最高达到96.9%,且实现了最大功率跟踪(MPPT),单位功率因数并网到感性和容性无功功率因数并网的平滑切换,抑制了共模漏电流。 【关键词】：光伏并网发电 组串型 交错并联双Boost H5拓扑结构 谐振控制器 最大功率跟踪 共模漏电流
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 论文研究的背景10-11
• 1.2 传统集中式光伏并网发电系统11
• 1.3 组串型光伏并网发电系统及其结构11-13
• 1.4 论文研究的内容和意义13-15
• 第2章 交错并联双BOOST DC/DC变换器的研究15-24
• 2.1 前级DC/DC变换器分析15-16
• 2.2 交错并联双Boost DC/DC变换器的研究16-23
• 2.2.1 交错并联双Boost DC/DC变换器拓扑16-17
• 2.2.2 交错并联双Boost变换器模态和主要波形分析17-19
• 2.2.3 交错并联双Boost DC/DC变换器纹波分析19-21
• 2.2.4 交错并联双Boost DC/DC变换器仿真分析21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 H5 DC/AC逆变器的研究24-32
• 3.1 非隔离并网逆变器中共模漏电流的分析24-28
• 3.1.1 非隔离并网逆变器寄生电容分析24-25
• 3.1.2 非隔离全桥并网逆变器共模漏电流的产生25-26
• 3.1.3 抑制共模电流的非隔离并网逆变器拓扑及其特性26-28
• 3.2 H5非隔离并网逆变器28-31
• 3.2.1 H5逆变器模态和抑制共模电流原理分析28-30
• 3.2.2 H5逆变器抑制共模电流的仿真实验30-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第4章 组串型非隔离光伏并网逆变器中的控制方法32-50
• 4.1 组串型非隔离光伏并网逆变器总体控制框图32
• 4.2 光伏系统最大功率跟踪（MPPT）的控制方法及比较32-38
• 4.2.1 光伏系统最大功率跟踪（MPPT）的原理32-34
• 4.2.2 恒电压跟踪方法34-35
• 4.2.3 扰动观测法35-37
• 4.2.4 增量电导法37-38
• 4.2.5 MPPT的其他方法38
• 4.3 交错并联双Boost小信号模型分析及其调节器设计38-44
• 4.3.1 交错并联双Boost电路小信号建模38-42
• 4.3.2 交错并联双Boost电路调节器参数设计42-44
• 4.4 并网侧控制器分析和设计44-48
• 4.4.1 电流环比例谐振控制器的设计44-46
• 4.4.2 电压环控制器设计46-48
• 4.5 逆变器中的功率解耦控制模块48-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第5章 组串型非隔离光伏并网逆变器系统平台的设计50-59
• 5.1 组串型非隔离光伏并网逆变器主电路图50
• 5.2 主电路功率开关器件的选择50-52
• 5.2.1 交错双Boost电路功率开关器件的选择50-51
• 5.2.2 H5逆变器功率开关器件的选择51-52
• 5.3 交错双Boost电路电感的设计52-53
• 5.4 并网侧LC滤波设计53-54
• 5.5 辅助供电模块中反激变换器的设计54-57
• 5.5.1 60W反激变换器的设计54-56
• 5.5.2 20W反激变换器的设计56-57
• 5.6 组串型非隔离光伏并网逆变器实物图57-58
• 5.7 本章小结58-59
• 第6章 实验结果及分析59-70
• 6.1 实验平台介绍59
• 6.2 H5功率开关器件的驱动信号分析59
• 6.3 PI控制器下不同并网功率时的实验结果分析59-62
• 6.4 PR控制器下不同并网功率时的实验结果分析62-64
• 6.5 最大功率跟踪（MPPT）的实现64-67
• 6.5.1 启动瞬间最大功率跟踪实验64-65
• 6.5.2 稳态过程中输入电压突变时的最大功率跟踪实验65
• 6.5.3 稳态过程中电网电压突变时的最大功率跟踪实验65-67
• 6.6 抑制共模漏电流实验分析67-68
• 6.7 单位功率因数并网到感性和容性无功功率因数并网的切换实验68-69
• 6.8 本章小结69-70
• 第7章 全文总结和展望70-71
• 7.1 全文总结70
• 7.2 工作展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单75-76
• 致谢76

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