基于单极性开关方式的光伏并网逆变器的建模与仿真研究

【摘要】：随着煤炭、石油和天然气等传统能源日渐枯竭以及人类对环境保护的重视。太阳能光伏并网发电系统的研究和应用有着极其重要的意义。并网逆变器作为光伏并网发电系统的核心部件，本文以并网逆变器作为研究对象。 并网逆变器主要是将太阳能电池阵列的电能经过转换馈入到电网中，本文采取单相两级式系统结构，前级DC/DC升压环节，后级DC/AC并网逆变环节。 设计了基于Boost的多路前级DC/DC升压环节的主电路和基于最大功率跟踪的控制电路，建立了其数学模型和仿真模型，实现了对多路太阳能电池支路的最大功率独立跟踪。 设计了基于无隔离变压器的全桥的后级DC/AC逆变环节和以逆变器输出电流为控制目标的SPWM控制策略。比较了在单极性开关方式和双极性开关方式下，后级DC/AC逆变环节的SPWM控制、输出波形和工作效率的区别，提出了单极性开关方式提高逆变器工作效率的方法。建立了相应的数学模型和仿真模型，仿真验证了设计的可行性。 【关键词】：光伏并网逆变 最大功率跟踪 单极性开关方式 双极性开关方式
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 光伏发电的背景与意义8-9
• 1.2 光伏发电的发展状况9-11
• 1.2.1 国外发展状况9-10
• 1.2.2 国内发展状况10-11
• 1.3 光伏并网逆变技术现状11-13
• 1.3.1 并网逆变器的技术要求11-12
• 1.3.2 国内外并网逆变技术发展现状12-13
• 1.3.3 光伏并网逆变器的发展趋势13
• 1.4 并网系统的孤岛效应13-14
• 1.5 本文所做的主要工作14-15
• 2 太阳能光伏发电系统概述15-30
• 2.1 太阳能光伏发电系统的组成和分类15-16
• 2.1.1 独立光伏发电系统15-16
• 2.1.2 并网光伏发电系统16
• 2.2 并网逆变器的拓扑结构16-27
• 2.2.1 单级式并网逆变器拓扑17
• 2.2.2 两级式并网逆变器拓扑17-27
• 2.2.2.1 前级 DC/DC 变换电路18-25
• 2.2.2.2 后级 DC/AC 变换电路25-27
• 2.3 光伏并网逆变器的控制方式27-30
• 3 光伏并网逆变器的设计30-38
• 3.1 前级主电路的设计30-31
• 3.1.1 电感参数的选择30-31
• 3.1.2 开关管的选取31
• 3.2 前级检测电路的设计31-33
• 3.2.1 电池板直流电压检测31-32
• 3.2.2 电池板电流检测电路32-33
• 3.3 后级 DC/AC 主电路的设计33-35
• 3.3.1 交流侧滤波电感33-34
• 3.3.2 开关管的选择34-35
• 3.4 后级检测电路的设计35-36
• 3.4.1 逆变器输出电流检测35
• 3.4.2 电网电压检测35-36
• 3.5 DSP 控制器及外围电路的设计36-38
• 3.5.1 DSP 芯片功能介绍36-37
• 3.5.2 DSP 供电电路设计37-38
• 4 光伏并网逆变器前级的建模与仿真38-48
• 4.1 太阳能电池简介38-41
• 4.1.1 太阳能电池的工作原理38
• 4.1.2 太阳能电池的最大功率点38-41
• 4.2 最大功率跟踪的方法41-44
• 4.2.1 电压跟踪法41
• 4.2.2 扰动观察法41-42
• 4.2.3 电导增量法42-44
• 4.3 太阳能电池的模型建立44-45
• 4.4 最大功率跟踪的仿真45-48
• 5 光伏并网逆变器后级的建模与仿真48-61
• 5.1 并网逆变器的控制策略48-55
• 5.1.1 光伏并网逆变器后级的控制目标、模式48
• 5.1.2 光伏并网逆变器后级的单极性 SPWM 开关方式48-52
• 5.1.3 光伏并网逆变器后级的双极性 SPWM 开关方式52-53
• 5.1.4 光伏并网逆变器后级的控制策略53-55
• 5.2 基于单极性 SPWM 开关方式的建模55-59
• 5.2.1 PI 控制器的参数设计57-58
• 5.2.2 电压前馈控制58-59
• 5.3 基于单极性 SPWM 开关方式的仿真及分析59-61
• 6 总结与展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 附录68

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