基于Z源逆变器的光伏并网系统的研究

【摘要】：太阳能光伏并网发电已是太阳能一种十分重要利用形式，它的发展前景是广阔的，近阶段随着国家不断出台各种扶持太阳能光电行业的政策，这将推动太阳能光伏并网发电技术持续快速平稳地发展。对并网逆变器的研究是攻克太阳能并网技术的核心关键技术。作为连接光伏阵列输出模块与电网的核心部分的并网逆变器，对其电路拓扑结构和并网控制策略的研究，长久以来一直是太阳能并网技术中的重要课题。Z源逆变器是近期才兴起的一种新型逆变器，相较与传统逆变器的不足，其具有多种优点是：结构简单，允许逆变桥同一桥臂上下功率开关管同时导通，且输出波形畸形小。该逆变器拓扑结构不仅适应于一般光伏发电，并在光伏发电输入电压变换范围比较大的系统中有点突出。文章主要研究的是Z源逆变器应用于单相光伏并网系统的相关内容。 本文以单相Z源逆变器的拓扑结构及工作原理入手展开介绍，分析了Z源逆变器逆变桥直通状态的控制方法，然后跟进一步地研究Z源换流过程和开关管电流电压。鉴于Z源逆变器允许桥臂同时导通的工作特点，其具有两种不同工作状态（直通状态和非直通状态），将其在两种不同工作状态下的电路进行了等效分析，在取得其状态空间方程的前提下，利用状态空间平均法对Z源逆变器进行了建模分析。在理解Z源网络数学模型的特点后，对其电容电感及主电路参数进行设计。 根据Z源网络的相关特点以及光伏并网逆变器应满足的相关性能，文中分析了Z源逆变器并网控制策略，并且细致研究单相Z源光伏并网逆变器的控制系统。作为Z源逆变器整体控制系统，它由三个闭环系统构成：光伏阵列输出电压闭环以及并网电流内环控制与Z源网络电容的外环控制组成的两个闭环系统。正是凭借着电压电流双闭环SPWM控制完成了并网的目标，逆变器的输出电流得以与电网电压实现同频同相，通过Matlab/Simulink仿真验证结果，最后在实验平台中得出结果证明理论分析是正确的是可实现的。 【关键词】：光伏并网 Z源逆变器 最大功率点跟踪 正弦脉宽调制控制 Matlab/Simulink
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 课题研究的背景与意义7-8
• 1.2 光伏发电的发展现状及趋势8-9
• 1.3 Z 源逆变器的研究现状9-10
• 1.4 本课题研究的主要内容10-11
• 第二章 Z 源型逆变器11-21
• 2.1 Z 源型逆变器电路拓扑与工作原理11-14
• 2.1.1 Z 源型逆变器的电路拓扑11-12
• 2.1.2 Z 源逆变器的工作原理12-14
• 2.2 Z 源网络逆变器的 SPWM 控制方法14-16
• 2.3 电压模式 Z 源型逆变器的特性分析16-20
• 2.3.1 Z 源型逆变器的工作特性16-18
• 2.3.2 Z 源型逆变器主要波形分析18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 Z 源并网逆变器建模与主电路参数的设计21-29
• 3.1 Z 源光伏并网逆变器的建模21-25
• 3.2 Z 源光伏并网系统的主要参数设计25-28
• 3.2.1 并网电感的参数设计25-26
• 3.2.2 Z 源电容的参数设计26-27
• 3.2.3 Z 源电感的参数设计27-28
• 3.3 本章小结28-29
• 第四章 Z 源光伏并网系统 MPPT 的软件设计29-37
• 4.1 光伏阵列输出特性29-30
• 4.2 Z 源光伏系统 MPPT 控制方案30-34
• 4.2.1 目前常用的 MPPT 算法30-33
• 4.2.2 固定电压法结合扰动观察法33-34
• 4.3 仿真与实验34-37
• 4.3.1 基于 Matlab/Simulink 的 MPPT 仿真34-36
• 4.3.2 实验结果及分析36-37
• 第五章 Z 源光伏并网逆变系统控制的研究与实现37-50
• 5.1 Z 源光伏并网逆变器结构控制图37-39
• 5.1.1 电流闭环控制策略38-39
• 5.1.2 Z 源电容电压闭环控制策略39
• 5.2 Z 源光伏逆变器并网原理39-40
• 5.3 基于 SPWM 的并网逆变器电压电流双环控制40-42
• 5.3.1 并网逆变器控制方法40-41
• 5.3.2 电压电流双环反馈控制41
• 5.3.3 本文采用的电压电流双环控制41-42
• 5.4 基于 DSP 的并网逆变器的控制实现42-45
• 5.4.1 系统的 DSP 总体控制42-43
• 5.4.2 系统软件的总体设计43
• 5.4.3 并网逆变器控制系统主程序43-44
• 5.4.4 定时器 T1中断44
• 5.4.5 同步信号中断44-45
• 5.5 仿真与实验45-50
• 5.5.1 基于 Matlab/Simulink 的 Z 源并网逆变器仿真45-47
• 5.5.2 实验结果及分析47-50
• 第六章 总结与展望50-53
• 6.1 本课题的工作总结50
• 6.2 对以后工作的展望50-53
• 致谢53-55
• 参考文献55-59
• 附录： 作者在攻读硕士学位期间发表的论文59

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