NPC三电平光伏并网逆变器控制策略研究

【摘要】：多电平逆变器具有开关管承受的电压应力小、开关损耗小、谐波含量低、输出波形质量好等优点，在中高压大功率领域中得到广泛应用。三电平逆变器是构建多电平逆变器的基础，分析和研究三电平逆变器具有很重要的现实意义。而在三电平逆变器的多种控制策略中，空间矢量调制(SVPWM)算法具有调制范围宽、直流侧电压利用率高、易于实现的优点，所以本文设计了基于SVPWM的并网控制策略，本文内容具体可以分为以下几个方面。 分析了三电平逆变器的国内外研究现状，可知二极管箝位式三电平结构是出现最早，应用场合最多的一种结构，因此，选择二极管箝位式(NPC)三电平逆变器作为研究对象，并对其拓扑结构和工作原理进行详细的分析。 针对传统SVPWM计算量大、精度低的缺点，本文提出一种SVPWM简化算法，即把空间矢量平面的每个大扇区分割成两个直角三角形区域，参考矢量根据最近矢量合成原则可由其所在直角三角形所对应的基本矢量来合成，SVPWM简化算法不仅使计算量大大减少并巧妙的省去了对NPC三电平逆变器中点电压的控制，降低了控制算法的整体难度。 针对传统锁相环在电压畸变条件下不能获得准确相位的问题，提出了一种基于dq坐标变换原理三相锁相环。在三相电压不平衡时，利用T/4(T为三相电压周期)延时计算法实现正、负序分量分离，有效地抑制负序分量对相位的影响，通过仿真和实验结果表明，该锁相环的动态响应速度快、稳态性能好，并对电压畸变有很强的抑制作用。 设计基于SVPWM简化算法的NPC三电平逆变器并网控制策略，并对其进行MATLAB仿真，仿真结果表明，在此控制策略下，得到很好的并网电流波形，电流谐波含量小于1%。 以DSP2808和CPLD为控制核心建立了10KW NPC三电平光伏并网逆变器的试验平台，并在此平台上验证基于SVPWM简化算法的并网控制策略，试验结果显示该逆变器在额定输出功率下，并网电流谐波小于3%，功率因数0.99以上，整机效率最大可达98%，具备完善的保护功能。 【关键词】：NPC三电平逆变器 SVPWM简化算法 dq坐标系 三相锁相环
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 多电平逆变器的研究背景及意义11
• 1.2 三电平逆变器的国内外研究现状11-18
• 1.2.1 三电平逆变器的拓扑分类11-14
• 1.2.2 NPC三电平逆变器调制策略研究14-16
• 1.2.3 NPC三电平逆变器并网控制策略研究16-17
• 1.2.4 NPC三电平逆变器关键问题研究17-18
• 1.3 本论文研究的主要内容18-19
• 第二章 NPC三电平逆变器的SVPWM控制策略19-41
• 2.1 NPC三电平逆变器的工作原理和数学模型分析19-25
• 2.1.1 NPC三电平逆变器的工作原理19-21
• 2.1.2 NPC三电平逆变器的数学模型21-25
• 2.2 NPC三电平逆变器的SVPWM控制理论25-36
• 2.2.1 坐标变换27-30
• 2.2.2 参考矢量的合成30
• 2.2.3 区域判断30-33
• 2.2.4 基本空间矢量的确定及作用时间计算33-34
• 2.2.5 基本空间矢量作用顺序优化34-36
• 2.3 NPC三电平逆变器的中点不平衡问题研究36-40
• 2.3.1 中点电位不平衡的机理分析37-39
• 2.3.2 中点电位不平衡的控制方案39-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 NPC三电平逆变器的并网控制策略41-52
• 3.1 NPC三电平逆变器并网控制的总体设计41-43
• 3.2 双闭环控制系统设计43-44
• 3.3 基于dq坐标系的三相锁相环设计44-51
• 3.3.1 锁相环基本原理45-46
• 3.3.2 基于dq坐标系的三相锁相环原理46-49
• 3.3.3 对基于dq坐标系的三相锁相环的优化49-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 NPC三电平逆变器的Matlab仿真分析52-58
• 4.1 引言52
• 4.2 开环仿真52-54
• 4.2.1 开环仿真框图52-53
• 4.2.2 开环仿真结果分析53-54
• 4.3 闭环仿真54-57
• 4.3.1 未加入MPPT的闭环仿真框图54-55
• 4.3.2 未加入MPPT的闭环仿真结果分析55-56
• 4.3.3 加入MPPT的闭环仿真结果分析56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 NPC三电平逆变器的软硬件设计58-73
• 5.1 三电平逆变器系统构成58-59
• 5.2 控制系统硬件设计59-66
• 5.2.1 控制系统硬件总体框图设计59-60
• 5.2.2 辅助电源60-61
• 5.2.3 采样电路61-63
• 5.2.4 保护电路63-65
• 5.2.5 驱动电路设计65
• 5.2.6 输出继电器及滤波电路电路设计65-66
• 5.3 NPC三电平并网逆变器软件设计66-72
• 5.3.1 三电平逆变器控制系统软件结构设计66-68
• 5.3.2 工作模式切换模块68-70
• 5.3.3 BOOST升压模块70
• 5.3.4 SVPWM模块70-71
• 5.3.5 双路MPPT切换模块71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 NPC三电平逆变器实验及结果分析73-85
• 6.1 NPC三电平逆变器实验平台和测试设备介绍73-76
• 6.2 前级双BOOST电路驱动波形的测试及分析76-77
• 6.3 后级三电平逆变电路波形的测试及分析77-81
• 6.3.1 后级三电平逆变电路开环波形测试77-79
• 6.3.2 基于dq锁相程序波形测试79
• 6.3.3 电流单闭环波形测试79-81
• 6.4 MPPT工作模式下的逆变器整机波形测试81-84
• 6.4.1 整机单路MPPT实验波形测试81-82
• 6.4.2 双路MPPT相互切换实验波形测试82-84
• 6.5 本章小结84-85
• 结论85-86
• 参考文献86-91
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文91-92
• 致谢92-93
• 附件93

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