基于Z源结构的光伏逆变器的研究

【摘要】： 随着太阳能、风能等分布式发电的开发与利用,逆变器的应用日益广泛。传统的电压源型全桥逆变器和电流源型全桥逆变器在理论上存在着一些缺陷,电压源型全桥逆变器是一个降压式逆变器,要得到更高的电压,就必须增加一级升压电路,这样会增加成本,降低效率,且同一桥臂的上下器件不能同时导通;电流源型全桥逆变器是一个升压型逆变器,要得到较低的电压,就需要增加一级降压电路,这同样会增加成本,降低效率,且任何瞬间,至少应有上面的一个器件和下面的一个器件被触发且维持导通状态。 新型Z源逆变器可以解决这些缺陷,具有输出电压范围宽,同一桥臂的上下器件可以直通,电源既可以是电压源也可以是电流源等优点。此外,在光伏并网发电系统中采用Z源型逆变器还可以充分适应光伏阵列输出电压大范围波动的特点,并且并网电流没有死区,谐波更小,可靠性更高。 本文比较深入的分析了Z源型逆变器的拓扑及工作原理,研究了Z源型逆变器的控制策略。着重分析了电网电压前馈的作用和电流型并网控制策略,并说明了直通占空比和正弦占空比的制约关系。基于光伏电池的数学模型,从工程应用的角度建立了光伏电池的仿真模型,分析了光伏电池的外特性,说明温度和光照强度对光伏电池输出特性的影响;详细的研究了扰动观测法。 对Z源逆变器的硬件和软件分别进行了设计。在硬件方面,给出了Z源电容、Z源电感,以及采样电路的设计过程。在软件方面,阐述了整个控制程序的思路,给出了算法分析和软件设计流程图。以MATLAB/Simulink为仿真平台,搭建了Z源逆变器的模型,仿真波形和部分实验波形证明了Z源结构的合理性和可行性。 【关键词】：Z源逆变器 前馈控制 并网 最大功率跟踪 仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-16
• 1.1 课题背景及研究意义7-9
• 1.2 国内外综述9-14
• 1.2.1 光伏电池的发展与应用9-11
• 1.2.2 光伏逆变器的分类11-14
• 1.3 传统逆变器的局限性14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-16
• 第2章 Z源逆变器的原理及控制策略的研究16-29
• 2.1 Z源逆变器的工作原理16-19
• 2.2 Z源逆变器的调制方式19-20
• 2.3 Z源逆变器的控制策略20-28
• 2.3.1 Z源逆变器的前馈控制策略21-25
• 2.3.2 Z源逆变器的并网控制策略25-28
• 2.4 直通和调制的制约关系28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 光伏电池特性及最大功率跟踪的研究29-40
• 3.1 光伏电池特性29-35
• 3.1.1 光伏电池的数学模型29-30
• 3.1.2 光伏电池的建模30-33
• 3.1.3 光强和温度对光伏电池的影响33-35
• 3.2 最大功率跟踪方法35-39
• 3.2.1 定电压跟踪法35
• 3.2.2 功率回授控制法35-36
• 3.3.3 电导增量法36
• 3.2.4 开路电压法36-37
• 3.2.5 扰动观测法37-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第4章 Z源逆变器的设计40-51
• 4.1 Z源逆变器的硬件设计40-44
• 4.1.1 主电路参数的设计40-42
• 4.1.2 采样电路参数的设计42-44
• 4.2 Z源逆变器的软件设计44-50
• 4.2.1 控制芯片的选择44
• 4.2.2 软件总体设计44-45
• 4.2.3 周期中断子程序设计45-48
• 4.2.4 故障保护子程序设计48
• 4.2.5 捕获中断子程序设计48-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第5章 Z源逆变器的仿真和实验51-58
• 5.1 Z源逆变器的建模51-54
• 5.2 Z源逆变器的仿真结果54-56
• 5.3 Z源逆变器部分实验结果56-57
• 5.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文63-65
• 致谢65

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