Quasi-Z源级联多电平光伏并网发电系统

【摘要】：功率变换器在太阳能发电系统中担负着重要角色,它的可靠性、效率与费用对整个太阳能发电系统至关重要。光伏电池的输出电压变化随着外界温度和光照的变化而变化,因此需要在逆变器和光伏电池板之间增加额外的DC/DC变换电路,在实现升压功能的同时使得光伏输出稳定在一个恒定的值。但由此就会增加系统的成本,同时使得系统的可靠性下降,损耗增加。同时,电压源逆变器还存在直通损坏的危险。 本文分析了一种Quasi-Z源级联多电平逆变器,它结合Quasi-Z源逆变器和级联H桥多电平逆变器的优点。其中Quasi-Z源逆变器以单级式功率变换器的形式同时实现升／降压与逆变,适应于光伏电池电压的宽范围变化,可避免单级式逆变器设计容量过大的弊端。此外它还允许逆变桥直通,提高了系统可靠性。并且它能够从光伏电池吸取连续的电流,减少光伏电池电流的脉动。而级联H桥结构则利用低压开关器件实现高压大容量输出,同时以较低的开关频率使得输出电压谐波大大减小。而且,这种模块化的结构还可以实现冗余设计,大大改善逆变器的可靠性,降低系统费用。 本文详细分析了Quasi-Z源逆变器的工作原理,介绍了级联H桥结构的CPS-SPWM调制方法。提出了一种基于Quasi-Z源网络和级联H桥结构的新型光伏发电系统,提出了应用于此系统的改进的载波移相SPWM调制技术。同时研究了应用于此系统的控制方法,并对Quasi-Z源级联多电平光伏发电系统进行了Matlab建模仿真。最后设计了1.5千瓦的实验样机,搭建了实验平台,验证了本文提出的Quasi-Z源级联光伏发电系统及其控制方法的正确性。 【关键词】：光伏发电 Quasi-Z源逆变器 级联H桥多电平逆变器 载波移相SPWM
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 光伏发电系统概述11-14
• 1.2 Quasi-Z源级联多电平光伏发电系统14-17
• 1.2.1 Z源与Quasi-Z源逆变器14-15
• 1.2.2 H桥级联多电平结构概述15-16
• 1.2.3 Quasi-Z源级联多电平光伏发电系统16-17
• 1.3 本文选题的意义与所作的工作17-19
• 1.3.1 本文选题的意义17
• 1.3.2 本文主要工作17-19
• 2 Quasi-Z源逆变器19-29
• 2.1 传统太阳能光伏发电系统19-20
• 2.2 Z源逆变器20-23
• 2.2.1 Z源变换器的工作原理21-22
• 2.2.2 Z源变换器的优缺点22-23
• 2.3 Quasi-Z源逆变器的工作原理23-27
• 2.4 Quasi-Z源网络器件参数计算27-28
• 2.4.1 电容参数设计27
• 2.4.2 电感参数设计27
• 2.4.3 二极管选择27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 级联H桥多电平逆变器29-37
• 3.1 钳位式多电平逆变器29-30
• 3.2 级联式多电平逆变器基本原理30-32
• 3.2.1 H桥级联式多电平逆变器结构30-31
• 3.2.2 级联式多电平逆变器的结构与特点31-32
• 3.3 H桥级联式多电平逆变器控制方法32-36
• 3.3.1 H桥逆变器模块控制32-34
• 3.3.2 级联H桥逆变器的控制34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 Quasi-Z源级联多电平光伏发电系统37-53
• 4.1 系统结构及其工作原理37-38
• 4.2 系统控制策略38-43
• 4.2.1 光伏电池输出特性与最大功率跟踪38-40
• 4.2.2 改进的载波移相SPWM调制方法40-41
• 4.2.3 Quasi-Z源网络侧控制策略41-42
• 4.2.4 Quasi-Z源并网功率控制策略42-43
• 4.3 仿真结果分析43-50
• 4.3.1 单相Quasi-Z源级联H桥系统43-48
• 4.3.2 三相Quasi-Z源级联H桥系统仿真48-50
• 4.4 本章小结50-53
• 5 单相Quasi-Z源级联H桥光伏发电系统样机设计53-71
• 5.1 主功率电路设计54-63
• 5.1.1 Quasi-Z源级联系统的各参数计算54
• 5.1.2 光伏电池的选取54-55
• 5.1.3 H桥功率MOSFET及Quasi-Z源网络二极管的选取55
• 5.1.4 Quasi-Z网络电容设计55-56
• 5.1.5 Quasi-Z网络电感设计56-57
• 5.1.6 交流侧LC滤波器的选取57-59
• 5.1.7 交流侧滤波电感的设计59-60
• 5.1.8 主电路器件选定60-61
• 5.1.9 开关管和Quasi-Z网络二极管损耗计算61-63
• 5.2 控制系统硬件电路的设计63-68
• 5.2.1 核心控制器选择63-64
• 5.2.2 Quasi-Z源H桥级联系统硬件电路设计64-67
• 5.2.3 Quasi-Z源级联H桥系统硬件样机展示67-68
• 5.3 Quasi-Z源级联H桥控制系统软件设计68-69
• 5.3.1 主程序68
• 5.3.2 中断函数68-69
• 5.3.3 H桥开关脉冲的产生69
• 5.4 本章小结69-71
• 6 实验平台介绍与实验结果分析71-77
• 6.1 实验平台介绍71-72
• 6.2 实验结果分析72-77
• 6.2.1 改进的载波移相SPWM调制信号实验72-73
• 6.2.2 单个Quasi-Z源H桥模块的升压逆变实验73-75
• 6.2.3 Quasi-Z源级联H桥多电平系统实验75-77
• 7 结论77-79
• 参考文献79-83
• 作者简历83-87
• 学位论文数据集87

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