大功率光伏逆变器损耗模型的研究

【摘要】：众所周知,在追求低碳社会的今天,太阳能作为一种绿色新能源,越来越受到世界各国的关注。在各国政府的大力支持下,光伏产业得到了迅猛发展。 目前,国内掀起了建设光伏电站的热潮。大功率光伏逆变器是光伏电站系统的重要组成部件,其效率是衡量并网发电系统的重要指标之一。如果效率不达标,则不能并网,需重新设计系统参数。因此,本文围绕大功率光伏并网逆变器的效率,基于逆变器各种损耗来源,建立相关数学模型,为逆变器的效率设计提供参考,以此节省样机开发周期。 论文从大功率光伏并网逆变器的主电路结构出发,分析IGBT功率器件、滤波电感、滤波电容、直流母线电容等主电路器件的功率损耗原理,分别建立了它们的损耗数学模型。同时,基于500kW光伏逆变器系统中IGBT功率器件损耗模型,给出了它的算例分析。 从数学损耗模型知道,滤波电感及滤波电容的功率损耗和流过它们的谐波电流关系很大。在分析基于空间矢量调制(SVPWM)逆变器输出电压谐波分量的基础上,给出了一种计算逆变器并网谐波的方法。根据谐波电流的分布,得到输出滤波电感的铝耗及铁耗。 分析了大功率光伏并网逆变器系统中LCL滤波器结构,给出了参数选型依据。在此基础上,分析了大功率光伏并网逆变器基于网侧电压定向的P-Q解耦控制策略,基于Matlab/Simulink实现了不同功率下,单位功率因数的仿真。根据仿真系统中FFT分析,并网谐波含量和理论计算值相差不大,验证了理论计算谐波方法的正确性。 最后,根据欧洲效率功率测试点,依托四川科陆新能的500kW光伏并网逆变器实验结果证明了理论损耗模型的正确性。针对逆变器系统损耗的组分比例,对占损耗比重较大的功率器件损耗及滤波电感损耗,做了详细探讨。主要分析了调制度、负载电流、开关频率等对功率器件的损耗影响,磁密、材料等对滤波电感的损耗影响。建议选用铜带制作电感,选取合适开关频率等方法来提高光伏并网逆变器系统效率。因此,通过光伏逆变器系统损耗模型预算损耗值大小,有效指导逆变器的设计,可以减小开发周期,提高开发效率。 【关键词】：光伏并网系统 大功率并网逆变器 损耗分析 欧洲效率
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究意义11-13
• 1.2 大功率光伏逆变器的研究现状13-18
• 1.2.1 国内外研究现状13-16
• 1.2.2 常见光伏并网逆变器的结构16-18
• 1.3 论文意义及研究内容18-19
• 第2章 并网逆变器功率损耗分析19-40
• 2.1 并网逆变器的结构19
• 2.2 IGBT损耗模型19-21
• 2.3 基于SPWM调制下两电平逆变器损耗模型21-25
• 2.3.1 SPWM调制运行状态分析21-23
• 2.3.2 导通损耗Pcon分析23-24
• 2.3.3 开关损耗Psw分析24-25
• 2.4 基于SVPWM调制下两电平逆变器损耗模型25-32
• 2.4.1 SVPWM调制运行状态分析25-29
• 2.4.2 通态损耗Pcon分析29-31
• 2.4.3 开关损耗Psw分析31-32
• 2.5 功率损耗分析算例32-35
• 2.5.1 实验基本参数确定32-33
• 2.5.2 逆变器拓扑结构对功率损耗影响33-35
• 2.6 中间直流电容的损耗模型35-36
• 2.7 LCL滤波电路的损耗模型36-39
• 2.7.1 滤波电感损耗模型36-38
• 2.7.2 滤波电容损耗模型38-39
• 2.8 其他部分损耗模型39
• 2.9 本章小结39-40
• 第3章 基于LCL三相并网逆变器谐波分析40-56
• 3.1 单L型及LCL型滤波器的比较40-42
• 3.2 LCL参数的选取42-45
• 3.2.1 LCL滤波电路参数约束条件43-44
• 3.2.2 LCL滤波电路参数设计步骤44-45
• 3.3 LCL三相并网逆变器电流分析45-49
• 3.3.1 SVPWM相电压谐波分析45-48
• 3.3.2 电流谐波分析计算48-49
• 3.4 死区时间对并网逆变器输出电压的影响49-51
• 3.5 谐波分析仿真验证51-55
• 3.5.1 三相并网逆变器的数学模型51-53
• 3.5.2 光伏并网逆变器的控制策略53-54
• 3.5.3 基于matlab的仿真分析54-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第4章 实验验证56-72
• 4.1 实验平台56-57
• 4.2 理论计算效率57-63
• 4.3 实验结果与分析63-66
• 4.3.1 实验波形分析63-64
• 4.3.2 效率测试及分析64-66
• 4.4 效率优化建议66-71
• 4.4.1 IGBT功率器件损耗66-68
• 4.4.2 滤波电感损耗68-69
• 4.4.3 频率及母线电压对系统效率影响69-71
• 4.5 本章小结71-72
• 结论72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 附录77-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文78

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

谐波引起的电能损耗分析    顾定军;

死区对电压型逆变器输出误差的影响及其补偿    刘军锋;李叶松;

三相电压型PWM整流器网侧LCL滤波器    陈瑶;金新民;童亦斌;

基于LCL滤波器的电压源型PWM整流器控制策略综述    孙蔚;伍小杰;戴鹏;周娟;

无变压器结构光伏并网逆变器拓扑及控制研究    马琳

防爆环境下大功率三电平变换器功率损耗与散热方法研究    徐志鸥

功率变换器拓扑中磁性元件磁芯损耗的理论与实验研究    孔剑虹

三相并网光伏发电系统的运行控制策略    刘飞

光伏并网变流器损耗分析与优化设计    刘瑶

基于DSP的光伏并网逆变器的开发研究    王宏伟

基于LCL滤波器的三相并网逆变器的研究    魏星

逆变器效率提升方案研究    马柯

基于DSP控制的光伏发电系统逆变器的研制    刘胜荣

功率变流器热损耗分析与冷却设计    曹威

基于数字控制单相PFC系统的研究    莫丽琴;

谐波治理技术现状及其发展    罗安;吴传平;彭双剑;

滞环控制开关频率的一种分析计算方法    张加胜;李浩光;

项目组合投资综合决策模型及其应用探析    杜廷松;蹇继贵;

集成PWM控制器UC1525在开关电源中应用    高波;谢澎波;冯君华;

DC-DC开关变换器的动力学建模与稳定性分析    邵桂荣;苏世栋;詹平红;

电动汽车轮毂电机神经网络控制策略    陈旭;李大伟;蒋振江;陈蜀海;

Matlab在现代电力电子技术实验教学中的应用    黄江波;

非理想Buck变换器的建模与仿真    吴卫华;

电流型光伏并网逆变器的关键技术研究    郭鹏;江智军;胡炜;

环境保护中高压脉冲等离子体技术的应用    谢瑞;刘军;李武华;何湘宁;

基于PSIM9.0的单相光伏逆变系统的仿真研究    孙冰;白树忠;郑世松;

SVPWM逆变器低次电压谐波分析    余仕求;

并网逆变器控制技术研究    董鹏;毕天姝;薛安成;杨奇逊;

电机反时限过流保护模型的分析与改进?    史久根;王磊;洪杰;韩江洪;

抗三相不平衡负载的独立光伏发电系统的设计    伍春生;杨子龙;廖华;王一波;徐正国;许洪华;

基于免疫算法的单相逆变器多目标最优控制策略研究    费雯丽;袁佳歆;陈立;

30kW光伏并网逆变器系统设计和谐振抑制    石志学;金传付;王金峰;吉文杰;郭艳鹏;陈可;

光伏并网逆变器伪孤岛现象的研究    郭建勇;方如举;李献伟;

基于三电平变流器的储能系统离网控制策略    苏广宁;赵玲;雷珽;陈常曦;车家杰;李景云;陈世峰;

基于并网逆变器电能质量与变换效率的若干关键技术研究    杨波

LCC-SPRC高压高频大功率电除尘电源的理论分析与功率参数设计    刘军

逆变器并联系统若干关键问题研究    汪洪亮

在线圈中心测量磁场垂直分量的频率域电磁测深方法研究    谢维

四象限级联型多电平高压大功率逆变器控制系统研究    刘子建

广域电磁测深仪关键技术研究    蒋奇云

光伏发电系统及其控制技术研究    曹太强

多变换器模块串并联组合系统研究    陈武

成形脉冲YAG激光技术及应用研究    许宝忠

大功率三电平变频器功率器件损耗研究    景巍

电流型Z源逆变器主电路控制策略研究    翟清震

多模块并联DC/AC电力变换技术研究    吕世家

多模块并联DC/DC电力变换技术研究    马威

海洋潮流能发电系统的并网型逆变器设计研究    刘强

城市轨道交通地面型超级电容储能系统关键技术的研究    邓文豪

基于Simulink的全桥逆变弧焊电源的建模与仿真    何轩

基于VC的电力电子仿真平台的研究与实现    洪武

数字控制航空400Hz三相四线高功率因数PWM整流器研究    杨永飞

一种带有前馈重复滤波器的三相并网逆变器研究    陈基锋

单相UPS无内联线并联系统研究    丁银江

大功率快速软恢复二极管概述    张海涛,张斌

IGBT的发展现状及应用    李恩玲，周如培

小功率单相并网逆变器并网电流的比例谐振控制    马琳;金新民;唐芬;梁京哲;

单周控制的三相PWM逆变器仿真研究    陈贤明;吕宏水;刘国华;王伟;朱晓东;

大功率变流器冷却技术及其进展    陈建业;吴文伟;

交流牵引用变流器及其相关技术展望    张立伟;

高速列车牵引电传动系统集成与优化设计研究    黄先进;张立伟;

一种快速IGBT损耗计算方法    张明元;沈建清;李卫超;耿士广;童正军;

Boost PFC电路中开关器件的损耗分析与计算    曹建安,裴云庆,王兆安

光伏电源最大功率点跟踪控制方法研究    雷元超,陈春根,沈骏,黄跃杰,陈国呈

磁场数值计算中材料模型问题的研究    刘硕

功率变换器拓扑中磁性元件磁芯损耗的理论与实验研究    孔剑虹

变速恒频风力发电系统运行与控制研究    刘其辉

风力发电并网变流器工程问题研究    张强

电子器件回路型热管散热器的数值模拟与试验研究    孙志坚

直驱型风力发电系统全功率并网变流技术的研究    陈瑶

电力电子集成模块及新型翅柱复合型散热器的传热性能研究    余小玲

高速动车组变流系统损耗分析与散热研究    侯少敏

直流变换器储能系统在载运工具中的应用    张杰

IGBT模块热行为及可靠性研究    王彦刚

热管型电子器件散热器的数值模拟和实验研究    孙玮

三相电压型PWM整流器及其控制策略研究    赵振波

热管式大功率电子模块散热器的研究与开发    陶汉中

三相PFC及其数字控制    方宇

绝缘栅双极晶体管（IGBT）低温特性研究    张玉林

高压变频器的仿真与分析    吕中宾

电压空间矢量脉宽调制技术的研究及其实现    肖春燕

逆变器技术的发展趋势    郝琇

Advanced Energy和广电电气联合推出全球领先太阳能光伏逆变器及系统    

逆变器传动新型异步电机    蔡千华;

无变压器逆变器可降低复杂性并实现功率最大化    Jack Gilmore;

光伏并网逆变器的现状及发展前景    

株洲南车时代电气股份有限公司250kW/500kW光伏并网逆变器通过TUV认证    

光伏发电系统及其应用    刘志军;魏塔;

逆变器——优化光伏发电的装置    刘向阳;

艾默生亮相2011光伏产业盛会    

加快启动国内光伏市场,应对国际光伏形势新变化(中)——启动中国光伏市场的可行性分析    王斯成;

微网中并网逆变器的一种改进下垂控制策略研究    史玉立;

基于频率偏移法的光伏并网逆变器孤岛检测    陈曦;李亚楠;陈阿莲;杜春水;张承慧;

太阳能光伏产业的发展催化我国钢丝深加工技术的提升    李国府;吴文晨;宋仁伯;袁康;

光伏玻璃中铁及其他着色金属离子的控制和管理    付玉生;张健;

经济转型背景下中国光伏产业培育和发展初探    唐青;

江苏光伏产业发展状况探析    

新能源光伏产业的示范效应分析与发展对策——以保定英利新能源有限公司为例    王军;陈龙珠;崔秀丽;张国锋;

以创新管理应对金融危机——安彩光伏项目发展的启示    苍利民;关丽哲;阎韬;徐建军;王秀林;王茂鸿;刘凤玲;

新世纪光伏产业展望    施正荣;

中国的太阳能光伏产业能否赶超世界?    施正荣;

北京大型光伏逆变器基地奠基    记者 涂露芳

修订版并网光伏逆变器认证技术规范通过审查    王宗 记者 丁莹

光伏逆变器在扬并网    记者 邹平　季煜

兆伏集团昂首光伏产业第一方阵    记者 姚秀峰

世博会为我国光伏产业提供范本    辛桦

模拟技术及电源管理芯片提高光伏产业能效    美国国家半导体公司 Leslie Bane Kevin Kayser

曹仁贤：清洁高效能源的守护者    本报记者 朱艳燕

过度依赖国外市场 中国光伏优势未显    实习记者 孟凡君

世博会为我国光伏产业做示范    特约记者 顾定槐

光伏：2012年产值有望达到500亿    刘辉张民强 记者 赵晓强

多逆变器型微网运行与复合控制研究    吕志鹏

光伏发电系统中Z源逆变器的控制技术研究    陈艳

微网逆变器及其协调控制策略研究    杨向真

数字化光伏并网系统的逆变技术研究    张文

Buck型逆变器高阶系统布尔型滑模控制及反馈线性化最优控制研究    陈江辉

基于线性二次型最优控制的光伏并网发电系统的研究    李春玲

IPOP和ISOS逆变器组合系统的控制策略研究    方天治

大容量高频谐振逆变器关键技术的研究    李建文

大功率光伏并网逆变系统研究    马亮

光伏发电高效利用的关键技术研究    肖华锋

大功率光伏逆变器损耗模型的研究    宋静文

太阳能光伏逆变器总体供电电路的设计及研究    甘颖

基于内高频环的并网三相光伏逆变器的研究和实现    何耀

户用型可并网单相光伏逆变器的研究    马俊婷

太阳能光伏微型逆变器的研究与实现    杨春来

太阳能光伏阵列逆变器的研究    冯晓兵

光伏并网发电系统中高效率微型逆变器的研究    胡永昌

基于DSP的光伏逆变器    曹西飞

1kW单相高频光伏逆变器的研制    甄明悦

太阳能光伏逆变器通信系统的研究和设计    吴建