高频隔离型光伏逆变器的研究

【摘要】： 太阳能发电在世界能源危机的背景下飞速发展,已成为新能源的主流之一。逆变器作为主要的能量变换装置器件,其性能的好坏对整个光伏系统的效率造成很大的影响。本文采用电压外环、电流内环的双环控制策略,保证了系统的动态响应速度快,稳态误差小。为此,论文主要对系统的电路拓扑结构、数学模型、控制方法以及基于FPGA的软件实现方法等技术进行了分析研究。 本文首先通过对几种常见的数学模型分析方法的比较,选择适合本文的数学建模方法。文中给出了逆变器的拓扑结构,详细论述了其工作原理,对该逆变器不同工作状态下的等效电路进行分析,并利用状态空间平均法建立了逆变器数学模型,确定主要元件的参数。 随后对当前比较流行的几种逆变电路的控制方法进行了对比分析。本文采用的基于SPWM控制的电压电流双环控制的算法,具有开关频率固定、物理意义清晰、实现方便的优点,保证系统的稳态误差小,动态响应速度快。通过分析几种最大功率跟踪算法各自的优缺点,最后给出了改进的最大功率跟踪算法,保证系统输出最大功率。 最后用FPGA实现了系统控制方案的设计。整机测试结果表明:该逆变器的性能指标基本达到了设计要求,验证了数学模型和控制策略的有效性和理论分析的正确性和可行性。 【关键词】：光伏发电 正弦脉宽调制 最大功率跟踪 逆变 正激推挽变换器
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 光伏发电的发展状况8-10
• 1.1.1 太阳能利用是必然的选择8
• 1.1.2 太阳能光伏发电的优点8-9
• 1.1.3 光伏技术的发展现状9-10
• 1.2 光伏逆变器的现状和未来趋势10
• 1.3 课题来源及研究的主要内容10-12
• 第2章 开关变换器的建模方法12-18
• 2.1 常见的开关变换器数学建模方法13-15
• 2.2 开关变换器数学建模方法的各自特点分析15
• 2.3 状态空间平均法15-17
• 2.4 本章小结17-18
• 第3章 逆变器的电路结构分析与建模18-33
• 3.1 系统的电路结构分析18-21
• 3.2 主要电路部分的工作状态分析21-24
• 3.3 逆变器的数学模型分析24-26
• 3.4 系统主电路参数设计26-32
• 3.4.1 开关管选型26
• 3.4.2 高频变压器的设计26-29
• 3.4.3 输出LC 滤波器的设计29-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 光伏逆变器的控制策略33-41
• 4.1 DC-AC 电路的控制方法33-35
• 4.1.1 常见DC-AC 电路控制方法的特点对比分析33
• 4.1.2 电压电流双环反馈控制33-35
• 4.2 SPWM 波形的产生方法35-37
• 4.3 最大功率点追踪控制算法37-40
• 4.3.1 常见的MPPT 控制算法分析37-39
• 4.3.2 负载扰动观察法和MPPT 的实现39-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第5章 基于FPGA 的系统控制方案的实现41-50
• 5.1 系统的开发环境41-42
• 5.2 电压电流双环控制器的设计42-44
• 5.3 PWM 发生器设计44-46
• 5.4 实验结果分析46-49
• 5.5 本章小结49-50
• 第6章 总结与展望50-51
• 参考文献51-54
• 致谢54-55
• 附录一 硕士期间公开发表的论文55-56
• 附录二 双环控制器原理图56

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