光伏并网Z源逆变器控制策略的研究

【摘要】：随着环境问题日益凸显以及化石能源消耗殆尽,清洁能源的使用受到越来越多的重视。光伏发电作为清洁能源的代表在近些年得到了迅猛发展,随之带动的并网逆变器的研究也进入了高速发展期,Z源逆变器作为一种新的逆变拓扑结构受到了广泛重视。首先,文章介绍了国内外光伏发电系统发展现状。分析了传统电压源、电流源型逆变器的工作原理和局限性,在此基础上对Z源逆变器的工作原理和工作过程进行了研究。与传统逆变相比,Z源逆变器解决了传统逆变器只能为降压型或升压型逆变器的问题,Z源逆变器通过调节直通占空比d和调制比m就能同时实现抬升电压、降低电压的功能。同时,由于引入Z源网络,逆变器可以实现上下开关管直通,无需引入死区时间,增加了电路的可靠性。在对Z源逆变器的工作原理和工作过程进行了深入研究之后,明确了各变量在直通状态与非直通状态的数量关系。通过对恒定直通调制、最大化直通调制、改进型恒开关频率调制三种调制策略的对比分析,在逆变效果相同的情况下,改进型恒开关频率调制能显著降低开关管的工作频率。其次,通过状态空间平均法和小信号扰动法对Z源逆变器进行了数学建模。在对Z源网络和并网逆变侧网络分别建模的基础上,将两个数学模型耦合得到并网逆变器整体模型。在模型基础上对整个并网结构进行了控制系统设计,得到控制系统分为并网电流环、Z源电容电压环和光伏阵列输出电压环三个闭环结构,并分别对各个闭环的PI参数进行了整定,通过阶跃扰动实验验证了PI参数的正确性。同时,对光伏发电系统进行了Simulink模型搭建,分析了光伏发电系统的特性,对扰动观察法和电导增量法两种MPPT控制方法进行了分析。通过MATLAB仿真验证了控制方法的有效性。最后,对整个系统进行了样机设计,包括对Z源电容、电感的设计选型,直流输入二极管和开关管的设计选型,设计了驱动电路、采样电路、过零捕获电路等辅助电路。通过Altium Designer软件绘制了Z源逆变器的原理图和PCB电路板。通过CCS3.3平台进行了基于控制器DSP2812程序的编写。最终通过MTALAB仿真和样机实验得到了与理论计算值完全符合的仿真波形和实验波形,从而验证了控制方法、调制策略以及参数设计的正确性和有效性。 【关键词】：光伏发电 Z源逆变器 SWPM MPPT 直通零矢量
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 选题背景10-11
• 1.2 国内外光伏发电系统研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 传统逆变器与Z源逆变器13-16
• 1.3.1 传统电压源与电流源型逆变器13-15
• 1.3.2 Z源逆变器结构及其在光伏系统中的应用15-16
• 1.4 主要研究内容16-18
• 第二章 Z源逆变器工作原理及调制策略18-35
• 2.1 Z源逆变器工作原理18-23
• 2.1.1 电压源型Z源逆变器工作原理18-21
• 2.1.2 电流源型Z源逆变器工作原理21-23
• 2.2 Z源逆变器的调制策略23-34
• 2.2.1 SPWM调制技术简介24-27
• 2.2.2 恒定直通占空比SPWM调制27-28
• 2.2.3 最大化直通占空比SPWM调制28-29
• 2.2.4 改进型恒频率SPWM调制29-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第三章 Z源逆变器建模及控制系统设计35-54
• 3.1 Z源逆变器的数学模型35-45
• 3.1.1 Z源网络建模35-42
• 3.1.2 逆变侧网络建模42-45
• 3.1.3 Z源逆变器模型45
• 3.2 控制系统设计45-53
• 3.2.1 主电路结构45-48
• 3.2.2 并网电流环48-50
• 3.2.3 Z源电容电压环50-52
• 3.2.4 光伏阵列输出电压环52-53
• 3.3 本章小结53-54
• 第四章 光伏发电特性及MPPT控制54-67
• 4.1 光伏发电系统简介54-55
• 4.2 光伏电池模型及输出特性55-61
• 4.2.1 光伏电池模型55-58
• 4.2.2 光伏电池的输出特性58-61
• 4.3 光伏阵列MPPT研究61-67
• 4.3.1 MPPT方法研究61-62
• 4.3.2 MPPT设计与仿真62-67
• 4.4 本章小结67
• 第五章 基于DSP2812的样机设计67-80
• 5.1 主电路设计67-71
• 5.1.1 Z源电容设计67-68
• 5.1.2 Z源电感设计68-69
• 5.1.3 并网滤波电感设计69-71
• 5.1.4 开关管及直流输入二极管选型71
• 5.2 辅助电路设计71-76
• 5.2.1 驱动电路设计71-72
• 5.2.2 采样电路设计72-76
• 5.2.3 过零点捕获设计76
• 5.3 软件设计76-79
• 5.3.1 程序总体结构76-77
• 5.3.2 MPPT中断程序设计77
• 5.3.3 PWM脉冲触发中断程序设计77-79
• 5.3.4 过零点捕获中断程序设计79
• 5.4 本章小结79-80
• 第六章 仿真和实验结果分析80-91
• 6.1 无直通情况仿真分析81-82
• 6.2 简单升压方法仿真分析82-85
• 6.3 改进型升压仿真分析85-90
• 6.4 本章小结90-91
• 总结与展望91-92
• 参考文献92-97
• 致谢97-98
• 附录98-100
• 攻读硕士学位期间科研成果100-101

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

应急逆变器群的集中控制    储健,许镇琳

逆变器产生的干扰及抑制    李建辉,韩光宇,钟实

广州地铁2号线车辆辅助逆变器    郑沃奇;

浅谈逆变器的使用    张劲松;

Z源逆变器最新进展及应用研究    李红新;周林;郭珂;战祥真;雷建;

富士电机公司的逆变器与伺服技术的发展状况    高潮,徐宏凯,于泉

日立制作所开发逆变器控制的新动向    林航空,仲田清(日)

模型参考自适应控制逆变器的研究    邹云屏,成功,丁凯

带模糊调节的重复控制器在逆变器中的应用    李剑 ,康勇 ,陈坚

现场可编程门阵列在逆变器控制系统中的应用    胡兵,陶生桂,毛明平

组合式三相正弦逆变器控制软件设计    陈永利;霍艳军;

基于免疫算法的单相逆变器多目标最优控制策略研究    费雯丽;袁佳歆;陈立;

基于60°坐标系的五电平逆变器研究    李红利;方文俊;仇书文;

光伏并网逆变器伪孤岛现象的研究    郭建勇;方如举;李献伟;

新型中频正弦波逆变器控制方法实现的研究    李金刚;马鑫;钟彦儒;

500kW光伏并网逆变器控制系统设计和实现    石志学;王金峰;金传付;吉文杰;郭艳鹏;陈可;

逆变器无拍频控制策略研究    葛兴来;冯晓云;

逆变器电流滞环控制技术研究    叶楠;何中一;孟宪会;邢岩;

1kW潮流能发电装置逆变器SVPWM技术的研究与应用    张少杰;段铁群;杨勇;张亮;

UPS逆变器反馈控制误差分析与改进方法    郭同生;黎辉;杨旭;王兆安;

一款新型逆变器控制芯片LX1692IDW简介    上海 苏成富

新一代UPS的发展趋势    周志敏

逆变器的能控性分析及m模态控制    李湘峰

并网逆变器并联运行方法研究    HOANG THI THU GIANG

分布式发电及分散式微电网控制策略的研究    郭志强

三电平光伏并网逆变器的模块化控制研究    邵章平

微网系统逆变及组网关键技术研究    施永

基于虚拟同步机的微网逆变器控制策略研究    刘芳

Z源逆变器研究    房绪鹏

光伏发电系统中Z源逆变器的控制技术研究    陈艳

Z源逆变器研究    汤雨

太阳能交流模块逆变器及其控制技术的研究    谭光慧

小型风力发电单相正弦波逆变器的研究    王敬明

户用型三相四桥臂光伏逆变器控制策略研究    冯莉

单级非隔离型双Zeta逆变器    张晓静

光伏并网微逆变器研究    王泉策

三相逆变器多机并网系统谐振机理与抑制策略研究    马思曼

三相光伏逆变器的智能控制技术的研究    卢浩

大功率串并式磁共振无线电能传输系统研究    陈月

3kW单相光伏并网逆变器的研制    刘杰

高升压比电流连续型Quasi-Z源逆变器及其并网控制研究    刘海利

具有LVRT能力的光伏并网逆变器控制策略研究    张泽斌