光伏并網(wǎng)Z源逆變器控制策略的研究

【摘要】：隨著環(huán)境問(wèn)題日益凸顯以及化石能源消耗殆盡,清潔能源的使用受到越來(lái)越多的重視。光伏發(fā)電作為清潔能源的代表在近些年得到了迅猛發(fā)展,隨之帶動(dòng)的并網(wǎng)逆變器的研究也進(jìn)入了高速發(fā)展期,Z源逆變器作為一種新的逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)受到了廣泛重視。首先,文章介紹了國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀。分析了傳統(tǒng)電壓源、電流源型逆變器的工作原理和局限性,在此基礎(chǔ)上對(duì)Z源逆變器的工作原理和工作過(guò)程進(jìn)行了研究。與傳統(tǒng)逆變相比,Z源逆變器解決了傳統(tǒng)逆變器只能為降壓型或升壓型逆變器的問(wèn)題,Z源逆變器通過(guò)調(diào)節(jié)直通占空比d和調(diào)制比m就能同時(shí)實(shí)現(xiàn)抬升電壓、降低電壓的功能。同時(shí),由于引入Z源網(wǎng)絡(luò),逆變器可以實(shí)現(xiàn)上下開(kāi)關(guān)管直通,無(wú)需引入死區(qū)時(shí)間,增加了電路的可靠性。在對(duì)Z源逆變器的工作原理和工作過(guò)程進(jìn)行了深入研究之后,明確了各變量在直通狀態(tài)與非直通狀態(tài)的數(shù)量關(guān)系。通過(guò)對(duì)恒定直通調(diào)制、最大化直通調(diào)制、改進(jìn)型恒開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制三種調(diào)制策略的對(duì)比分析,在逆變效果相同的情況下,改進(jìn)型恒開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制能顯著降低開(kāi)關(guān)管的工作頻率。其次,通過(guò)狀態(tài)空間平均法和小信號(hào)擾動(dòng)法對(duì)Z源逆變器進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。在對(duì)Z源網(wǎng)絡(luò)和并網(wǎng)逆變側(cè)網(wǎng)絡(luò)分別建模的基礎(chǔ)上,將兩個(gè)數(shù)學(xué)模型耦合得到并網(wǎng)逆變器整體模型。在模型基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),得到控制系統(tǒng)分為并網(wǎng)電流環(huán)、Z源電容電壓環(huán)和光伏陣列輸出電壓環(huán)三個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu),并分別對(duì)各個(gè)閉環(huán)的PI參數(shù)進(jìn)行了整定,通過(guò)階躍擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PI參數(shù)的正確性。同時(shí),對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了Simulink模型搭建,分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性,對(duì)擾動(dòng)觀(guān)察法和電導(dǎo)增量法兩種MPPT控制方法進(jìn)行了分析。通過(guò)MATLAB仿真驗(yàn)證了控制方法的有效性。最后,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了樣機(jī)設(shè)計(jì),包括對(duì)Z源電容、電感的設(shè)計(jì)選型,直流輸入二極管和開(kāi)關(guān)管的設(shè)計(jì)選型,設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路、采樣電路、過(guò)零捕獲電路等輔助電路。通過(guò)Altium Designer軟件繪制了Z源逆變器的原理圖和PCB電路板。通過(guò)CCS3.3平臺(tái)進(jìn)行了基于控制器DSP2812程序的編寫(xiě)。最終通過(guò)MTALAB仿真和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)得到了與理論計(jì)算值完全符合的仿真波形和實(shí)驗(yàn)波形,從而驗(yàn)證了控制方法、調(diào)制策略以及參數(shù)設(shè)計(jì)的正確性和有效性。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 Z源逆變器 SWPM MPPT 直通零矢量
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 選題背景10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電系統(tǒng)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 傳統(tǒng)逆變器與Z源逆變器13-16
• 1.3.1 傳統(tǒng)電壓源與電流源型逆變器13-15
• 1.3.2 Z源逆變器結(jié)構(gòu)及其在光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用15-16
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第二章 Z源逆變器工作原理及調(diào)制策略18-35
• 2.1 Z源逆變器工作原理18-23
• 2.1.1 電壓源型Z源逆變器工作原理18-21
• 2.1.2 電流源型Z源逆變器工作原理21-23
• 2.2 Z源逆變器的調(diào)制策略23-34
• 2.2.1 SPWM調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)介24-27
• 2.2.2 恒定直通占空比SPWM調(diào)制27-28
• 2.2.3 最大化直通占空比SPWM調(diào)制28-29
• 2.2.4 改進(jìn)型恒頻率SPWM調(diào)制29-34
• 2.3 本章小結(jié)34-35
• 第三章 Z源逆變器建模及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)35-54
• 3.1 Z源逆變器的數(shù)學(xué)模型35-45
• 3.1.1 Z源網(wǎng)絡(luò)建模35-42
• 3.1.2 逆變側(cè)網(wǎng)絡(luò)建模42-45
• 3.1.3 Z源逆變器模型45
• 3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)45-53
• 3.2.1 主電路結(jié)構(gòu)45-48
• 3.2.2 并網(wǎng)電流環(huán)48-50
• 3.2.3 Z源電容電壓環(huán)50-52
• 3.2.4 光伏陣列輸出電壓環(huán)52-53
• 3.3 本章小結(jié)53-54
• 第四章 光伏發(fā)電特性及MPPT控制54-67
• 4.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介54-55
• 4.2 光伏電池模型及輸出特性55-61
• 4.2.1 光伏電池模型55-58
• 4.2.2 光伏電池的輸出特性58-61
• 4.3 光伏陣列MPPT研究61-67
• 4.3.1 MPPT方法研究61-62
• 4.3.2 MPPT設(shè)計(jì)與仿真62-67
• 4.4 本章小結(jié)67
• 第五章 基于DSP2812的樣機(jī)設(shè)計(jì)67-80
• 5.1 主電路設(shè)計(jì)67-71
• 5.1.1 Z源電容設(shè)計(jì)67-68
• 5.1.2 Z源電感設(shè)計(jì)68-69
• 5.1.3 并網(wǎng)濾波電感設(shè)計(jì)69-71
• 5.1.4 開(kāi)關(guān)管及直流輸入二極管選型71
• 5.2 輔助電路設(shè)計(jì)71-76
• 5.2.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)71-72
• 5.2.2 采樣電路設(shè)計(jì)72-76
• 5.2.3 過(guò)零點(diǎn)捕獲設(shè)計(jì)76
• 5.3 軟件設(shè)計(jì)76-79
• 5.3.1 程序總體結(jié)構(gòu)76-77
• 5.3.2 MPPT中斷程序設(shè)計(jì)77
• 5.3.3 PWM脈沖觸發(fā)中斷程序設(shè)計(jì)77-79
• 5.3.4 過(guò)零點(diǎn)捕獲中斷程序設(shè)計(jì)79
• 5.4 本章小結(jié)79-80
• 第六章 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析80-91
• 6.1 無(wú)直通情況仿真分析81-82
• 6.2 簡(jiǎn)單升壓方法仿真分析82-85
• 6.3 改進(jìn)型升壓仿真分析85-90
• 6.4 本章小結(jié)90-91
• 總結(jié)與展望91-92
• 參考文獻(xiàn)92-97
• 致謝97-98
• 附錄98-100
• 攻讀碩士學(xué)位期間科研成果100-101

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