Z源型光伏并网逆变器的研究

【摘要】：当今世界能源短缺和环境污染问题日益严重，能源和环境问题成为了各国所关注的焦点。风能，燃料电池，太阳能等新兴的可再生能源应用于发电领域，其中，又以太阳能的发展最为迅速。太阳能在发电领域中的应用主要是光伏发电，光伏电池发出的是直流电，而要将直流电并入市电电网或是用于提供生活用电，逆变器都是十分重要的。传统并网逆变器可以分为电压源逆变器和电流源逆变器，而它们都有其使用中的不足之处。Z源型逆变器是近年提出的一种带有新型Z源网络的逆变器，由于其具有的独特特性，可以克服传统逆变器的不足，获得了很多应用上的优势，从而得到国内外众多学者的关注。 本文首先介绍了单相Z源型逆变器的提出背景、电路拓扑和工作原理，分析推导了Z源逆变器的升压特性。并通过将传统电压源型逆变器和传统电流源型逆变器与Z源逆变器进行对比，证明了Z源逆变器相较于传统逆变器的优势，同时也指出了Z源逆变器存在的一些问题。随后分析了正弦脉宽调制技术和Z源逆变器的升压控制技术，重点对基于简单升压原理的优化型SPWM控制技术进行了深入细致的分析，设计了MATLAB仿真模型，进行了理论分析的仿真验证，并运用DSP编程，完成了逆变桥四个开关管的有效控制，实现了直通零矢量状态的插入。为了掌握系统的动态响应情况，对整个光伏系统进行了小信号建模，并以此为基础设计了并网电流内环和Z源电容电压外环的双闭环控制。通过理论分析，计算出Z源电容、Z源电感和并网电感的参数，最后结合前边的所有工作，对整个并网系统在稳态工作时、输入电压突变时和并网电流突变时分别进行仿真分析，证明了系统具有很好的跟随性并且运行速度也很快，并以此为基础搭建实验平台，对理论分析进行了实验验证。 【关键词】：光伏发电 Z源逆变器 优化型SPWM 直通零矢量
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及研究目的10
• 1.2 传统逆变器的不足10-12
• 1.2.1 电压源型逆变器10-11
• 1.2.2 电流源型逆变器11-12
• 1.3 Z 源逆变器的提出12-13
• 1.4 Z 源逆变器存在的不足13
• 1.5 选题意义和研究内容13-15
• 1.5.1 选题意义13-14
• 1.5.2 主要工作内容14-15
• 第2章 Z 源型逆变器工作原理15-21
• 2.1 引言15
• 2.2 Z 源逆变器拓扑及工作原理15-17
• 2.3 Z 源逆变器升压原理17-18
• 2.4 Z 源逆变器与传统逆变器的比较18-19
• 2.5 本章小结19-21
• 第3章 Z 源逆变器的 PWM 控制21-36
• 3.1 正弦脉宽调制(SPWM)技术21-23
• 3.1.1 单极性正弦脉宽调制21-22
• 3.1.2 双极性正弦脉宽调制22-23
• 3.2 Z 源逆变器的调制23-26
• 3.2.1 简单升压控制23-24
• 3.2.2 优化型升压控制24-26
• 3.3 优化型 SPWM 的 MATLAB 仿真26-29
• 3.4 优化型 SPWM 的 DSP 实现29-35
• 3.4.1 DSPTMS320F2812 介绍29-31
• 3.4.2 数字 PWM 产生机制31-32
• 3.4.3 DSP 程序设计32-33
• 3.4.4 PWM 驱动电路的设计33-34
• 3.4.5 优化型 SPWM 调制技术的实验结果34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 建模与控制36-48
• 4.1 电力电子建模的概述36-37
• 4.2 Z 源型光伏并网逆变器的建模分析37-40
• 4.3 系统的闭环控制40-47
• 4.3.1 整体结构41
• 4.3.2 并网电流内环41-44
• 4.3.3 Z 源电容电压外环44-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5章 系统参数设计及功能实现48-60
• 5.1 系统参数设计48-52
• 5.1.1 Z 源电容设计48-50
• 5.1.2 Z 源电感设计50-51
• 5.1.3 并网电感的设计51-52
• 5.2 仿真与实验52-59
• 5.2.1 仿真波形及分析53-55
• 5.2.2 实验结果及分析55-59
• 5.3 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 作者简介66

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