太阳能光伏阵列逆变器的研究

【摘要】：随着人类社会的不断进步，人类对能源需求的日益增加，而作为人类赖以生存的不可再生的化石能源的储量却正日趋减少，与此同时由于近百年来化石能源一直是支撑人类社会发展的主要能源，所以它燃烧后的产物极大的破坏了人类赖以生存的生态环境。能源问题以及由能源问题而产生的环境问题都促使了人们对新能源的不断探索，而风能、太阳能、潮汐能等自然能源因其储存的无穷性和污染极小开始逐渐占据能源利用的主导地位。在这些新能源中，太阳能因其所具有的普遍性和持续性尤其受到关注。而在太阳能利用技术中，光伏并网系统具有更高的研究和利用价值。而在光伏并网系统中光伏逆变器是连接光伏发电阵列和整个系统的关键。所以如何控制逆变器以最大程度的提高逆变器的利用率是需要考虑的重要问题之一。本文在充分研究近年来光伏并网逆变器的基础上，从控制方案的选择以及硬件实现平台的设计入手，对光伏逆变器设计的关键技术进行了初步的研究。 本文中提到的逆变器采用两级式结构，前级Boost电路与后级逆变全桥电路共同工作完成系统的逆变工作。对于后级DC-AC部分的控制算法，我们通过比较SPWM算法与SVPWM算法最终采用空间矢量脉冲宽度调制算法，这种方法的好处是提高了直流电的利用率，降低开关损耗，减少谐波。并根据空间矢量脉冲宽度调制算法原理建立模型，通过FPGA仿真初步验证了算法的可行性。 硬件平台方面，根据系统要求设计系统实现所需要的硬件平台，包括DC-DC，DC-AC主电路元器件的选取。并从传感器信号的利用以及如何对电路保护入手，设计调理电路驱动保护电路等，为类似并网逆变器的设计提供了参考。 【关键词】：太阳能 逆变 空间电压矢量 DC-DC DC-AC
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-6
• 1 绪论6-10
• 1.1 光伏发电应用的背景及意义6
• 1.2 光伏发电的国内外发展现状6-7
• 1.3 逆变器发展历程及其现状7-8
• 1.3.1 逆变器的发展历程7
• 1.3.2 逆变器发展的国内外现状7-8
• 1.4 本文的主要工作8-10
• 2 光伏发电逆变器系统结构10-18
• 2.1 发电系统的构成10
• 2.2 逆变器的分类和结构10-12
• 2.2.1 推挽式逆变器10-11
• 2.2.2 单相半桥式逆变电路11
• 2.2.3 单相全桥式逆变电路11-12
• 2.3 逆变器的回路方式12-13
• 2.3.1 工频变压器绝缘方式12
• 2.3.2 高频电压器绝缘方式12-13
• 2.3.3 无变压器方式13
• 2.4 光伏逆变系统总体设计13-16
• 2.4.1 前级 Boost 电路工作原理14-16
• 2.4.2 后级逆变电路工作原理16
• 2.5 本章小结16-18
• 3 逆变器控制策略的研究18-30
• 3.1 PWM 调制技术的基本原理18-19
• 3.2 SPWM 调制算法19-21
• 3.3 SVPWM 调制算法21-29
• 3.3.1 SVPWM 调制算法的原理21-26
• 3.3.2 任意电压矢量作用时间的选择26-28
• 3.3.3 矢量电压所在扇区的判断28-29
• 3.4 本章小结29-30
• 4 基于 FPGA 的 SVPWM 算法的初步仿真30-52
• 4.1 FPGA 及 QuartusII 软件的介绍30-31
• 4.1.1 FPGA 技术的概述30
• 4.1.2 QuartusII 软件的介绍30-31
• 4.2 仿真建模31-50
• 4.2.1 扇区判决模块的生成31-33
• 4.2.2 任意电压矢量作用时间的模块33-36
• 4.2.3 开关器件切换模块36-39
• 4.2.4 三角载波子模块39-40
• 4.2.5 PWM 子模块的生成40-44
• 4.2.6 算法的初步验证44-50
• 4.3 本章小结50-52
• 5 系统硬件设计52-60
• 5.1 系统性能指标52
• 5.2 逆变器主电路组成及组件设计52-55
• 5.2.1 Boost 电路的设计52-54
• 5.2.2 主电路的设计54-55
• 5.3 外围电路55-59
• 5.3.1 外围电路组成55-56
• 5.3.2 电压检测调理电路设计56
• 5.3.3 电流检测调理电路56-57
• 5.3.4 直流电压与电流调理电路57
• 5.3.5 故障检测电路57-58
• 5.3.6 IGBT 驱动电路58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 6 结论和展望60-62
• 6.1 全文总结60
• 6.2 未来工作展望60-62
• 参考文献62-64
• 攻读学位期间发表的文章64-67
• 致谢67

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