两级式光伏变换器及其控制方法研究

【摘要】：从远古时代到现代社会,能源利用模式在不断发生变化,随着全球范围内,传统化石能源的枯竭和环境污染问题日益严重,全世界开始把目光投向新能源。尤其是近年来,随着光伏电池大规模市场化,以及电力电子器件制造工艺的不断提高,开发利用太阳能的电能变换技术更是引起了工程师和研究人员的强烈兴趣。小型光伏发电系统不断向高效率和高功率密度方向发展,针对这种现状,本文以一种两级式光伏变换器作为研究对象,着重对其控制方法进行深入研究和探讨。 推挽正激变换电路利用高频变压器实现隔离,所需功率器件少,结构简单；不仅可以抑制变压器偏磁,还可以吸收变压器的漏感能量,降低开关管电压应力,在中小功率中的低电压大电流场合具有良好的应用前景。逆变级采用全桥拓扑,应用广泛、调制策略多样灵活。变换器的合理的控制可以保证良好的输出质量和效率,传统的线性控制具有技术成熟,容易实现等特点。现代控制理论中的滑模控制具有对参数变化和负载扰动的不敏感性,可以克服开关变换器的周期性时变特性,从而改善变换器的瞬态和稳态品质。为达到稳定输出的目的,本文重点研究了DC/DC环节的PI控制和电源补偿器设计,对所采用控制方法的正确性、可行性和有效性进行实验验证。之后深入研究了滑模变结构控制技术,并运用于稳定DC/AC逆变级的控制之中,设计了动态控制的基本模型,通过计算机仿真和实验,验证所提出控制策略的优越性 本论文的实验环节详细设计了一个两级变换器电路,利用PSIM软件建立了仿真分析电路,验证了器件参数选择的正确性,继而搭建实验平台进行实验研究。论文的研究与探索为进一步的工程应用奠定了重要的基础。 【关键词】：电路拓扑 光伏逆变器 推挽正激 PI控制器 滑模变结构控制
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 光伏发电技术的研究背景8-10
• 1.2 国内外光伏产业的现状与趋势10-11
• 1.3 光伏发电系统结构的发展11-12
• 1.4 本论文的主要工作12-14
• 2 两级式光伏变换器关键技术研究14-25
• 2.1 光伏电池输出特性14-15
• 2.2 高频链技术15-18
• 2.2.1 高频链逆变技术的分类15-17
• 2.2.2 DC/DC变换型高频链逆变器结构分类17
• 2.2.3 推挽正激两级式高频变换器拓扑17-18
• 2.3 三种SPWM调制技术对比18-21
• 2.4 控制技术研究21-24
• 2.4.1 滑模变结构控制的基本原理22-23
• 2.4.2 电力电子变换器中的滑模控制23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 推挽正激变换器原理分析与设计25-33
• 3.1 推挽正激的工作原理25-28
• 3.2 推挽正激变换器仿真与实验研究28-32
• 3.2.1 仿真分析28
• 3.2.2 高频变压器设计28-30
• 3.2.3 箝位电容的选取30
• 3.2.4 主功率管及其它器件选择30-31
• 3.2.5 实验结果31-32
• 3.3 本章小结32-33
• 4 推挽正激变换器控制策略研究33-50
• 4.1 推挽正激变换器的小信号模型33-36
• 4.2 推挽正激变换器控制参数设计36-40
• 4.2.1 控制器设计36-37
• 4.2.2 仿真与实验37-40
• 4.3 采用滑模控制的Buck变换器研究40-45
• 4.3.1 Buck变换器状态空间描述40-41
• 4.3.2 滑模电压控制器的设计41-42
• 4.3.3 切换函数重新定义42-43
• 4.3.4 开关频率的估算43-45
• 4.4 SMC-Buck变换器的仿真与实验45-49
• 4.4.1 实验设计45-47
• 4.4.2 仿真结果47-49
• 4.4.3 实验结果49
• 4.5 本章小结49-50
• 5 基于滑模控制的全桥逆变器实验研究50-60
• 5.1 切换函数的选取50-52
• 5.2 滑动模态区判定52-53
• 5.3 开关频率确定53-54
• 5.4 仿真与实验研究54-59
• 5.4.1 仿真研究54-57
• 5.4.2 实验研究57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-64
• 附录A 实验图片64-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

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