基于DSP的光伏发电阶调式逆变器的研究

【摘要】：能源短缺和环境污染是人类当前面临的共同的世纪性难题。20世纪70年代以来,两次世界范围的能源危机以及当前严峻的环境问题,引起世界各国对节能技术的广泛关注。而开发利用丰富的、广泛的太阳能资源,减少对环境污染。逆变器是光伏发电系统重要组成部分,逆变器拓扑结构及控制方式对电能质量起决定性作用。传统的两电平逆变器因其电压应力较大,对自身及用电设备会产生较大威胁。本文研究的多电平逆变器,适合用于中大功率逆变场合,如电力系统和中高大功率交流电动机的调速系统等。多电平逆变器通过改变逆变器电路结构,调整电路中开关管数目方法来改变输出电压电平数来减小输出电压的电压变换率(/)、谐波含量和系统中电磁干扰(EMI)。逆变器开关管工作在较低的开关频率状态下,可以减小器件的开关次数和损耗,并通过对低压器件控制得到较高的电压等级并相应地提高输出功率。论文以此背景开展的研究工作如下:第一,深入研究了几种常见的多电平逆变器拓扑结构,对常用多电平逆变器的控制策略进行分析,基于Matlab/Simulink进行了仿真实验;针对SVPWM难以实现多阶次逆变器控制的缺点,提出了一种以二进制式独立电源级联叠加合成31电平阶调波的方法,利用波形逼近法及双PWM闭环控制实现电压线性调节,降低了系统开关管数目,从而降低了开关损耗。第二,使用高频器件,使系统体积进一步缩小。以高性能DSP作为控制系统,设计了二进制独立电源级联叠加逆变器的主要硬件电路。第三,针对逆变器开关角的优化过程,提出了一种基于粒子群优化算法的逆变器控制策略,通过在Matlab/Simulink中搭建了算法实验平台并进行仿真实验,实现了三相多电平输出,通过粒子群优化算法(PSO)对逆变器逆变单元开关角进行优化,使之减少输出谐波,优化三相逆变电压的输出质量,验证了粒子群优化算法对优化逆变单元开关角方面的优势。 【关键词】：多电平逆变器 光伏发电 二进制电源 粒子群优化算法 DSP
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 选题意义及背景8-10
• 1.1.1 光伏发电的意义8-9
• 1.1.2 光伏发电逆变器基本结构9
• 1.1.3 光伏发电的市场前景与展望9-10
• 1.2 逆变器设计的性能指标10-11
• 1.3 多电平逆变器介绍11-13
• 1.4 本文的主要工作及研究意义13-15
• 2 多电平逆变器拓扑结构及分析15-27
• 2.1 电力电子基础变换单元15-17
• 2.2 二极管箝位型三电平变换器17-19
• 2.3 H桥级联叠加式逆变器19-21
• 2.4 独立SPWM直流电源的级联叠加逆变器21-23
• 2.5 三进制式H桥级联叠加拓扑结构23-25
• 2.6 二进制式独立电源级联叠加逆变器25-26
• 2.7 本章小结26-27
• 3 多电平逆变器调制技术27-39
• 3.1 多电平载波PWM技术27-32
• 3.1.1 载波层叠法28-29
• 3.1.2 载波移相法29-31
• 3.1.3 开关频率优化法31
• 3.1.4 波形逼近法31-32
• 3.2 特定谐波消除法32-34
• 3.3 混合级联叠加控制方法34-35
• 3.4 空间电压矢量调制SVPWM方法35-36
• 3.5 波形跟踪和控制方法36-38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 二进制式独立电源级联阶调逆变器的设计39-52
• 4.1 独立直流电源逆变器工作原理39-40
• 4.2 逆变单元基本结构40-41
• 4.3 级联叠加控制的工作原理41-43
• 4.4 阶梯波脉宽调压法43-45
• 4.5 仿真实验结果及分析45-48
• 4.6 硬件电路设计48-51
• 4.6.1 逆变单元及驱动电路设计48-49
• 4.6.2 测量交流电压的电路设计49
• 4.6.3 测量直流电压的电路设计49-51
• 4.7 本章小结51-52
• 5.基于PSO算法优化的三相多电平逆变器的研究52-61
• 5.1 粒子群优化算法原理52-56
• 5.2 H桥级联逆变基本电路56-57
• 5.3 PSO算法优化后的逆变器性能分析57-60
• 5.4 本章小结60-61
• 结论与展望61-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66-67

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