单相多电平光伏并网逆变器研究

【摘要】：多电平逆变器具有输出电压谐波含量低、电磁干扰小、输出滤波器体积小等优点,有助于光伏并网系统提高效率,减小体积,在光伏发电领域中具有广泛的应用前景。本文以单相多电平光伏并网逆变器为研究对象,在对单相控制系统进行分析的基础上,对单相三电平光伏并网逆变器以及一种具有共模电流抑制能力的多电平混合级联型光伏并网逆变器进行了研究。 本文首先对光伏并网发电系统的体系分类及并网逆变器种类进行了介绍。针对单相并网控制策略,研究了几种调节器对于双闭环控制系统中交流电流环的影响,其中重点分析了比例谐振调节器的控制效果。 随后研究了对称型及非对称型单相三电平逆变器的工作方式及其结构中三电平桥臂对于逆变器输出、损耗等方面的影响,分析了其各自的应用领域,并针对这两种逆变器的直流侧中心点电位平衡方式进行了研究。 本文在传统非隔离型三电平半桥光伏并网逆变器的基础上,重点对一种多电平混合级联型光伏并网逆变器进行了研究,该结构在降低逆变器直流输入侧电压等级的同时,可以进一步减小输出电压谐波含量,从而降低了开关频率,减小了滤波电感体积。文中对其工作状态及共模模型进行了分析,并由此得出了逆变器的最佳调制方式以及一种基于该方式的直流支撑电容电压控制策略,并根据该电路的死区效应给出了一种死区补偿方式。 针对单相多电平逆变器SPWM调制方式占用系统资源多的问题,对其进行改进,给出了一种单载波SPWM实现方式,并将该方式应用于非对称型单相三电平逆变器及多电平混合级联型逆变器的调制过程中。介绍了一种矢量调制方式,分析了上述两种方法的优缺点。 最后,搭建了单相三电平逆变器及多电平混合级联型逆变器的实验平台,通过实验验证了本文对于对称型及非对称型单相三电平逆变器和混合级联型逆变器输出特性的分析结论,以及混合级联型逆变器直流支撑电容电压控制策略和单载波SPWM调制方式的可行性。 【关键词】：光伏发电 三电平 混合级联 非隔离 单载波SPWM
【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
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 1 引言11-17
• 1.1 能源危机及光伏发电技术11-12
• 1.2 国内外光伏产业现状及展望12-13
• 1.3 多电平技术发展概述13-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 2 光伏并网发电系统及单相并网控制策略17-29
• 2.1 光伏并网发电系统结构及并网逆变器拓扑分类17-24
• 2.1.1 光伏并网发电系统体系分类17-20
• 2.1.2 单级型及双级型光伏并网逆变器20
• 2.1.3 隔离型及非隔离型光伏并网逆变器20-22
• 2.1.4 单相多电平结构光伏并网逆变器22-24
• 2.2 单相光伏并网逆变器的控制24-29
• 2.2.1 单级及双级光伏并网逆变器控制策略24-25
• 2.2.2 比例及比例积分调节器控制效果分析25-26
• 2.2.3 比例谐振调节器控制效果分析26-29
• 3 单相三电平光伏并网逆变器29-53
• 3.1 单相三电平逆变器概述29
• 3.2 单相三电平逆变器拓扑结构29-40
• 3.2.1 三电平桥臂拓扑对比分析29-33
• 3.2.2 对称型单相三电平逆变器33-37
• 3.2.3 非对称型单相三电平逆变器37-39
• 3.2.4 两种结构三电平逆变器对比39-40
• 3.3 单相三电平逆变器直流侧中心点电位平衡原理40-46
• 3.3.1 对称型逆变器直流中心点电位平衡方式40-42
• 3.3.2 非对称型逆变器直流中心点电位平衡方式42-46
• 3.4 单相三电平逆变器仿真及波形分析46-53
• 3.4.1 单相三电平逆变器输出特性仿真研究46-50
• 3.4.2 单相三电平逆变器直流侧中心点电位平衡仿真50-53
• 4 多电平混合级联型光伏并网逆变器53-73
• 4.1 混合级联型逆变器工作原理53-60
• 4.1.1 工作状态分析53-58
• 4.1.2 混合级联型逆变器共模特性58-60
• 4.2 混合级联型逆变器的控制60-67
• 4.2.1 混合级联型逆变器支撑电容电压控制策略60-64
• 4.2.2 混合级联型逆变器死区补偿方式64-66
• 4.2.3 混合级联型逆变器总体控制策略66-67
• 4.3 混合级联型逆变器仿真及波形分析67-73
• 4.3.1 混合级联型逆变器输出特性仿真研究67-69
• 4.3.2 混合级联型逆变器控制策略仿真69-73
• 5 单相多电平光伏并网逆变器调制方法73-81
• 5.1 单载波SPWM调制73-78
• 5.1.1 单相三电平逆变器调制过程73-75
• 5.1.2 混合级联型逆变器调制过程75-78
• 5.2 矢量调制78-81
• 6 单相多电平逆变器实验设计及结果分析81-95
• 6.1 控制电路硬件及软件设计81-88
• 6.1.1 硬件设计81-86
• 6.1.2 软件设计86-88
• 6.2 实验结果及分析88-95
• 6.2.1 单相三电平逆变器实验结果88-91
• 6.2.2 混合级联型逆变器实验结果91-95
• 7 总结与展望95-97
• 参考文献97-99
• 作者简历99-103
• 学位论文数据集103

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