光伏三电平逆变器效率优化的控制方法研究

【摘要】：随着经济、科技的迅猛发展，各国对能源的需求日益增加，传统能源的短缺及其带来的环境污染等问题成为国际关注的热点话题。人们已经越加重视环保、可再生的新型能源开发、应用，也更加注重现有资源使用效率的提高。光伏发电系统以其清洁环保、取之不竭等优势，得到快速发展。本文围绕如何降低开关损耗、提升系统运行效率的主体思路，对光伏三相三电平NPC逆变器的调制、控制方法展开研究。 首先，介绍了光伏发电系统后级二极管中点箝位型(Neutral point clamped，NPC)三电平逆变器拓扑结构及其传统的空间矢量脉宽调制(Space vector pulse widthmodulation，SVPWM)方法。对光伏逆变器的后级系统三电平降低开关损耗的实用控制方法进行研究。在不连续空间矢量调制的基础上提出一种滞环控制方法，将矢量排列组合成对中点电位影响相反的两种矢量序列方式，通过切换方式来调整中点电位平衡，并提出一种新的不连续空间矢量脉宽调制方法，在单位功率因数下实现大电流不开关原则，较大程度的降低开关损耗，有效控制中点电位。 其次，针对光伏三电平在不同功率因数下的中点电位平衡问题进行数学分析，得出系统在调制度或功率因数角较大情况下存在中点电位不可完全平衡区域。提出全功率因数下的不连续空间矢量调制方法，在全功率范围下实现中点电位平衡控制，并减少开关次数，降低开关损耗，并于传统七段式空间矢量调制方法的开关损耗进行对比。 然后，分析比较目前几种常用的光伏最大功率点跟踪控制策略，通过改进扰动观察法来达到快速精确跟踪；对光伏并网逆变器的闭环控制方法进行研究。 最后，运用Matlab进行仿真验证，并在一台10kVA光伏三电平并网逆变器样机上对新型控制方法进行实验研究。结果表明本文所提方法可以有效的降低损耗提升系统效率。 【关键词】：光伏三电平逆变器 不连续SVPWM 中点电位 开关损耗 效率优化
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景及意义8
• 1.2 光伏发电系统的概述8-10
• 1.3 光伏发电的国内外发展现状10
• 1.4 多电平的概述10-14
• 1.4.1 多电平拓扑结构11-13
• 1.4.2 多电平控制方式13-14
• 1.5 多电平的国内外发展现状14
• 1.6 本论文研究主要内容14-16
• 第2章 大电流不开关五段式空间矢量调制16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 三电平逆变器及其空间矢量调制16-20
• 2.2.1 三电平拓扑工作原理16-17
• 2.2.2 三电平基本空间矢量17-18
• 2.2.3 参考电压矢量的合成18-19
• 2.2.4 三电平中点电位19-20
• 2.3 三电平不连续调制20-23
• 2.3.1 不连续空间调制方法20-21
• 2.3.2 不连续调制中点电位平衡方法21-23
• 2.4 大电流不开关空间矢量调制23-28
• 2.4.1 大电流不开关23-26
• 2.4.2 小区间过渡时的方式切换26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 全功率因数下的不连续空间矢量调制29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 无功功率调节29-31
• 3.3 中点电位平衡条件31-36
• 3.3.1 中点电位偏移原因31-33
• 3.3.2 中点电位可完全平衡条件33-36
• 3.4 全功率因数下的七段式空间矢量调制36-37
• 3.5 全功率因数下的不连续空间矢量调制37-39
• 3.5.1 全功率因数下的中点电位平衡方法37-38
• 3.5.2 全功率因数不连续空间矢量调制38-39
• 3.6 开关损耗比较39-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 光伏三电平并网逆变器的控制42-48
• 4.1 引言42
• 4.2 光伏阵列最大功率点跟踪(MPPT)42-45
• 4.2.1 光伏阵列的输出特性42-43
• 4.2.2 常见 MPPT 方法43-44
• 4.2.3 改进型 MPPT 法44-45
• 4.3 三电平逆变器并网控制45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5章 光伏三电平逆变系统仿真及实验48-59
• 5.1 引言48
• 5.2 光伏三电平逆变器仿真模型48-49
• 5.3 大电流不开关五段式空间矢量调制49-54
• 5.3.1 仿真验证50-53
• 5.3.2 实验验证53-54
• 5.4 全功率因数下不连续空间矢量调制54-58
• 5.4.1 仿真验证55-57
• 5.4.2 实验验证57-58
• 5.5 快速最大功率点跟踪58
• 5.6 本章小结58-59
• 第6章 总结和展望59-61
• 6.1 全文总结59
• 6.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 发表论文和参加科研情况说明65-66
• 致谢66-67

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