高频隔离型光伏并网逆变器的研究

【摘要】：近年来,太阳能光伏发电以其清洁、安全、便利、高效等优势,已经成为世界各国重点发展的可再生能源之一。光伏并网逆变器作为能量的控制与变换环节,成为了光伏发电领域的研究热点。本文研究了一种新型高频隔离型光伏并网逆变器,其拓扑结构具有效率高、体积小、重量轻的特点,适用于单相小功率光伏发电系统。 首先,对光伏并网逆变器进行分类研究并详细分析了各类型并网逆变器的优缺点,引出高频隔离型光伏并网逆变器在屋顶光伏发电领域的优势。针对传统DC/DC变换型高频隔离光伏并网逆变器的不足,本文研究了一种基于正弦脉宽脉位调制(SPWPM)的新型高频隔离光伏并网逆变器,并分析了主电路在稳态时的工作原理。对SPWPM波形进行了数学推导,从理论上证明了其可行性。 其次,根据高频隔离型光伏并网逆变器的数学模型和拓扑结构的工作特点,设计了含有翻转环节和电网电压前馈的闭环控制策略。对于新型拓扑结构中电流控制环相位静差引起并网电流过零点畸变问题,分别引入了相位补偿控制和比例谐振控制两种不同方式来解决,并建立了系统的仿真模型加以验证,随后给出了闭环控制系统的具体离散化实现方法。 基于上述理论分析,本文设计了高频隔离型并网逆变器的硬件电路。结合主电路高频化以及SPWPM模式下的工作特点,完成了高频变压器、电感、电容等关键元件的参数设计和功率开关器件的选型,设计了基于数字信号处理器的控制系统,在绘制印制电路板的基础上搭建了并网逆变器系统。 最后,对高频隔离型光伏并网逆变器系统进行硬件调试及实验验证,实现了并网逆变器在SPWPM模式下的并网电流数字闭环控制,并设计了安全的起动和停止逻辑。在分析并网电流实验波形过零点畸变的基础上,采用上述相位补偿控制对交流电流环控制器算法进行改进,实验结果验证了控制策略的有效性。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 高频隔离 脉宽脉位调制 相位补偿
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.2 国内外光伏发电发展现状12-13
• 1.3 光伏发电系统介绍13-17
• 1.3.1 光伏并网系统的体系结构13-16
• 1.3.2 光伏并网发电系统组成16-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-19
• 2 光伏并网逆变器19-37
• 2.1 光伏并网逆变器基本原理19-21
• 2.2 隔离型光伏并网逆变器21-25
• 2.2.1 光伏并网逆变器电气隔离的意义21-22
• 2.2.2 工频隔离型光伏并网逆变器22-23
• 2.2.3 高频隔离型光伏并网逆变器23-25
• 2.3 高频隔离型光伏并网逆变器原理25-29
• 2.3.1 高频隔离型光伏并网逆变器拓扑结构的改进25-26
• 2.3.2 高频隔离型光伏并网逆变器工作原理26-29
• 2.4 SPWPM原理分析29-32
• 2.5 SPWPM的数字实现32
• 2.6 仿真分析32-37
• 3 高频隔离型光伏并网逆变器控制系统设计37-51
• 3.1 高频隔离型光伏并网逆变器系统控制策略37-41
• 3.1.1 控制系统数学模型37-39
• 3.1.2 闭环系统控制策略39-41
• 3.2 高频隔离型光伏并网逆变器电流环控制策略研究41-46
• 3.2.1 基于相位补偿控制的电流环控制策略改进42-43
• 3.2.2 基于准PR控制的电流环控制策略改进43-46
• 3.3 高频隔离型光伏并网逆变器控制系统软件设计46-49
• 3.3.1 软件系统和中断的设计47
• 3.3.2 增量式PI调节器的实现47-48
• 3.3.3 准PR调节器的实现48-49
• 3.4 仿真分析49-51
• 4 高频隔离型光伏并网逆变器电路设计与实现51-67
• 4.1 功率开关器件选型51-52
• 4.2 高频变压器设计52-58
• 4.2.1 高频变压器磁芯材料的选择53-54
• 4.2.2 高频变压器设计要点54-56
• 4.2.3 高频变压器参数计算56-58
• 4.3 电感和电容设计58-60
• 4.3.1 滤波电感设计58-60
• 4.3.2 输入滤波电容设计60
• 4.4 高频隔离型光伏并网逆变器控制电路设计60-64
• 4.5 高频隔离型光伏并网逆变器主电路板结构设计64-67
• 5 高频隔离型光伏并网逆变器实验结果及分析67-73
• 5.1 实验平台的搭建67-69
• 5.2 实验结果分析69-72
• 5.3 相位补偿实验72-73
• 6 总结与展望73-75
• 参考文献75-77
• 作者简历77-81
• 学位论文数据集81

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