基于DSP的光伏發(fā)電階調(diào)式逆變器的研究

【摘要】：能源短缺和環(huán)境污染是人類當(dāng)前面臨的共同的世紀(jì)性難題。20世紀(jì)70年代以來,兩次世界范圍的能源危機以及當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)境問題,引起世界各國對節(jié)能技術(shù)的廣泛關(guān)注。而開發(fā)利用豐富的、廣泛的太陽能資源,減少對環(huán)境污染。逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)重要組成部分,逆變器拓撲結(jié)構(gòu)及控制方式對電能質(zhì)量起決定性作用。傳統(tǒng)的兩電平逆變器因其電壓應(yīng)力較大,對自身及用電設(shè)備會產(chǎn)生較大威脅。本文研究的多電平逆變器,適合用于中大功率逆變場合,如電力系統(tǒng)和中高大功率交流電動機的調(diào)速系統(tǒng)等。多電平逆變器通過改變逆變器電路結(jié)構(gòu),調(diào)整電路中開關(guān)管數(shù)目方法來改變輸出電壓電平數(shù)來減小輸出電壓的電壓變換率(/)、諧波含量和系統(tǒng)中電磁干擾(EMI)。逆變器開關(guān)管工作在較低的開關(guān)頻率狀態(tài)下,可以減小器件的開關(guān)次數(shù)和損耗,并通過對低壓器件控制得到較高的電壓等級并相應(yīng)地提高輸出功率。論文以此背景開展的研究工作如下:第一,深入研究了幾種常見的多電平逆變器拓撲結(jié)構(gòu),對常用多電平逆變器的控制策略進行分析,基于Matlab/Simulink進行了仿真實驗;針對SVPWM難以實現(xiàn)多階次逆變器控制的缺點,提出了一種以二進制式獨立電源級聯(lián)疊加合成31電平階調(diào)波的方法,利用波形逼近法及雙PWM閉環(huán)控制實現(xiàn)電壓線性調(diào)節(jié),降低了系統(tǒng)開關(guān)管數(shù)目,從而降低了開關(guān)損耗。第二,使用高頻器件,使系統(tǒng)體積進一步縮小。以高性能DSP作為控制系統(tǒng),設(shè)計了二進制獨立電源級聯(lián)疊加逆變器的主要硬件電路。第三,針對逆變器開關(guān)角的優(yōu)化過程,提出了一種基于粒子群優(yōu)化算法的逆變器控制策略,通過在Matlab/Simulink中搭建了算法實驗平臺并進行仿真實驗,實現(xiàn)了三相多電平輸出,通過粒子群優(yōu)化算法(PSO)對逆變器逆變單元開關(guān)角進行優(yōu)化,使之減少輸出諧波,優(yōu)化三相逆變電壓的輸出質(zhì)量,驗證了粒子群優(yōu)化算法對優(yōu)化逆變單元開關(guān)角方面的優(yōu)勢。 【關(guān)鍵詞】：多電平逆變器 光伏發(fā)電 二進制電源 粒子群優(yōu)化算法 DSP
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-15
• 1.1 選題意義及背景8-10
• 1.1.1 光伏發(fā)電的意義8-9
• 1.1.2 光伏發(fā)電逆變器基本結(jié)構(gòu)9
• 1.1.3 光伏發(fā)電的市場前景與展望9-10
• 1.2 逆變器設(shè)計的性能指標(biāo)10-11
• 1.3 多電平逆變器介紹11-13
• 1.4 本文的主要工作及研究意義13-15
• 2 多電平逆變器拓撲結(jié)構(gòu)及分析15-27
• 2.1 電力電子基礎(chǔ)變換單元15-17
• 2.2 二極管箝位型三電平變換器17-19
• 2.3 H橋級聯(lián)疊加式逆變器19-21
• 2.4 獨立SPWM直流電源的級聯(lián)疊加逆變器21-23
• 2.5 三進制式H橋級聯(lián)疊加拓撲結(jié)構(gòu)23-25
• 2.6 二進制式獨立電源級聯(lián)疊加逆變器25-26
• 2.7 本章小結(jié)26-27
• 3 多電平逆變器調(diào)制技術(shù)27-39
• 3.1 多電平載波PWM技術(shù)27-32
• 3.1.1 載波層疊法28-29
• 3.1.2 載波移相法29-31
• 3.1.3 開關(guān)頻率優(yōu)化法31
• 3.1.4 波形逼近法31-32
• 3.2 特定諧波消除法32-34
• 3.3 混合級聯(lián)疊加控制方法34-35
• 3.4 空間電壓矢量調(diào)制SVPWM方法35-36
• 3.5 波形跟蹤和控制方法36-38
• 3.6 本章小結(jié)38-39
• 4 二進制式獨立電源級聯(lián)階調(diào)逆變器的設(shè)計39-52
• 4.1 獨立直流電源逆變器工作原理39-40
• 4.2 逆變單元基本結(jié)構(gòu)40-41
• 4.3 級聯(lián)疊加控制的工作原理41-43
• 4.4 階梯波脈寬調(diào)壓法43-45
• 4.5 仿真實驗結(jié)果及分析45-48
• 4.6 硬件電路設(shè)計48-51
• 4.6.1 逆變單元及驅(qū)動電路設(shè)計48-49
• 4.6.2 測量交流電壓的電路設(shè)計49
• 4.6.3 測量直流電壓的電路設(shè)計49-51
• 4.7 本章小結(jié)51-52
• 5.基于PSO算法優(yōu)化的三相多電平逆變器的研究52-61
• 5.1 粒子群優(yōu)化算法原理52-56
• 5.2 H橋級聯(lián)逆變基本電路56-57
• 5.3 PSO算法優(yōu)化后的逆變器性能分析57-60
• 5.4 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論與展望61-62
• 參考文獻62-65
• 致謝65-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文66-67

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