交错并联三电平双降压式全桥光伏并网逆变器的研究

【摘要】：可再生新能源是解决当前日益严重的能源紧缺和生态环境问题的有效途径，其分布最广泛、资源量最大的是太阳能，因此对太阳能光伏发电并网逆变系统的研究具有深远的理论意义及现实意义。为满足太阳能光伏发电并网系统中对逆变器功率等级、转换效率、并网电流质量等提升的要求，本文对一种交错并联三电平双降压式全桥光伏并网逆变系统进行了深入地研究。 首先，对该并网逆变系统展开了总体方案设计。详细地研究了全桥逆变器并网过程中电能倒灌问题以及三电平双降压式全桥并网逆变器中存在的不足；对交错并联三电平双降压式全桥光伏并网逆变器进行了深入研究，并确定为主电路的拓扑；分析对比了多种并网逆变器的控制策略，最终采用电流闭环比例积分（Proportional Integral, PI）调节的控制策略；分析了正弦脉冲调制（Single Pulse Width Modulation, SPWM）的几种方式，结合实际情况确定了倍频于单极性SPWM的特定调制方式，并对系统交错并联输出的电流进行了分析；完成了系统的Saber仿真，验证了设计的正确性和方案的可行性。 其次，对本系统硬件和软件中各个组成模块进行了详细地设计。其中硬件部分主要由系统主电路、输出滤波电路、辅助电源电路、并网锁相电路、采样调理电路、功率开关器件的驱动电路、闭环控制和保护电路等单元组成，软件部分包括系统启动单元、方波信号输出单元、显示单元、采样单元以及保护控制单元等。 最后，对样机进行了综合测试以及相关对比实验。样机工作稳定、转换效率高、动态性能好，其输出功率、效率、输出并网电流总谐波失真（Total Harmonic Distortion,THD）等各项指标均满足了系统设计的要求。各项测试结果均验证了对该系统的理论分析及仿真结果的正确性。 【关键词】：光伏并网逆变器 三电平 交错并联 SPWM 高效率
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究背景与意义12
• 1.2 太阳能光伏发电的发展现状12-14
• 1.2.1 国外光伏发电的发展现状12-13
• 1.2.2 国内光伏发电的发展现状13-14
• 1.3 光伏并网发电的研究现状14-17
• 1.3.1 光伏并网发电系统结构14
• 1.3.2 光伏并网逆变器拓扑结构14-16
• 1.3.3 光伏并网逆变器控制技术16-17
• 1.4 课题主要研究内容17-18
• 第二章 光伏并网系统总体设计18-34
• 2.1 系统性能指标18
• 2.2 系统总体方案设计18-19
• 2.3 并网逆变器拓扑结构选择19-25
• 2.3.1 全桥并网逆变器倒灌问题研究19-21
• 2.3.2 三电平双降压式全桥并网逆变器分析21-22
• 2.3.3 交错并联三电平双降压式全桥光伏并网逆变器研究22-25
• 2.4 并网逆变器控制技术选择25-28
• 2.4.1 并网逆变器控制策略选择25-26
• 2.4.2 并网逆变器 SPWM 技术选择26-28
• 2.5 系统交错并联输出电流分析28-30
• 2.6 系统 Saber 仿真验证30-31
• 2.7 系统仿真结果31-33
• 2.8 本章小结33-34
• 第三章 光伏并网逆变系统硬件设计34-49
• 3.1 硬件总体设计34
• 3.2 逆变器主电路设计34-35
• 3.3 输出滤波电路设计35-36
• 3.4 辅助电源设计36-39
• 3.5 逆变器控制电路设计39-46
• 3.5.1 电网锁相电路设计39-40
• 3.5.2 系统采样及调理电路设计40-42
• 3.5.3 驱动电路设计42-43
• 3.5.4 硬件保护电路设计43-45
• 3.5.5 系统闭环控制电路设计45-46
• 3.6 单片机单元设计46-48
• 3.6.1 单片机外围电路设计46-48
• 3.6.2 显示模块设计48
• 3.7 本章小结48-49
• 第四章 光伏并网逆变系统软件设计49-54
• 4.1 软件总体设计49
• 4.2 系统启动单元软件设计49-50
• 4.3 显示单元软件设计50-51
• 4.4 采样单元软件设计51-52
• 4.5 保护单元软件设计52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 样机测试与结果分析54-61
• 5.1 光伏并网逆变器实验波形54-56
• 5.1.1 全桥逆变器并网倒灌波形54-55
• 5.1.2 三电平双降压式全桥并网逆变器并网工作波形55
• 5.1.3 交错并联三电平双降压式全桥光伏并网逆变器并网工作波形55-56
• 5.2 样机实验数据56-58
• 5.3 样机损耗分析58-59
• 5.4 实验结果分析59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 课题主要工作总结61-62
• 6.2 后期工作展望62-63
• 参考文献63-68
• 致谢68-69
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文69

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