NPC三電平光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究

【摘要】：多電平逆變器具有開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力小、開關(guān)損耗小、諧波含量低、輸出波形質(zhì)量好等優(yōu)點，在中高壓大功率領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。三電平逆變器是構(gòu)建多電平逆變器的基礎(chǔ)，分析和研究三電平逆變器具有很重要的現(xiàn)實意義。而在三電平逆變器的多種控制策略中，空間矢量調(diào)制(SVPWM)算法具有調(diào)制范圍寬、直流側(cè)電壓利用率高、易于實現(xiàn)的優(yōu)點，所以本文設(shè)計了基于SVPWM的并網(wǎng)控制策略，本文內(nèi)容具體可以分為以下幾個方面。 分析了三電平逆變器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，可知二極管箝位式三電平結(jié)構(gòu)是出現(xiàn)最早，應(yīng)用場合最多的一種結(jié)構(gòu)，因此，選擇二極管箝位式(NPC)三電平逆變器作為研究對象，并對其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作原理進行詳細的分析。 針對傳統(tǒng)SVPWM計算量大、精度低的缺點，本文提出一種SVPWM簡化算法，即把空間矢量平面的每個大扇區(qū)分割成兩個直角三角形區(qū)域，參考矢量根據(jù)最近矢量合成原則可由其所在直角三角形所對應(yīng)的基本矢量來合成，SVPWM簡化算法不僅使計算量大大減少并巧妙的省去了對NPC三電平逆變器中點電壓的控制，降低了控制算法的整體難度。 針對傳統(tǒng)鎖相環(huán)在電壓畸變條件下不能獲得準(zhǔn)確相位的問題，提出了一種基于dq坐標(biāo)變換原理三相鎖相環(huán)。在三相電壓不平衡時，利用T/4(T為三相電壓周期)延時計算法實現(xiàn)正、負(fù)序分量分離，有效地抑制負(fù)序分量對相位的影響，通過仿真和實驗結(jié)果表明，該鎖相環(huán)的動態(tài)響應(yīng)速度快、穩(wěn)態(tài)性能好，并對電壓畸變有很強的抑制作用。 設(shè)計基于SVPWM簡化算法的NPC三電平逆變器并網(wǎng)控制策略，并對其進行MATLAB仿真，仿真結(jié)果表明，在此控制策略下，得到很好的并網(wǎng)電流波形，電流諧波含量小于1%。 以DSP2808和CPLD為控制核心建立了10KW NPC三電平光伏并網(wǎng)逆變器的試驗平臺，并在此平臺上驗證基于SVPWM簡化算法的并網(wǎng)控制策略，試驗結(jié)果顯示該逆變器在額定輸出功率下，并網(wǎng)電流諧波小于3%，功率因數(shù)0.99以上，整機效率最大可達98%，具備完善的保護功能。 【關(guān)鍵詞】：NPC三電平逆變器 SVPWM簡化算法 dq坐標(biāo)系 三相鎖相環(huán)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 多電平逆變器的研究背景及意義11
• 1.2 三電平逆變器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 三電平逆變器的拓?fù)浞诸?/span>11-14
• 1.2.2 NPC三電平逆變器調(diào)制策略研究14-16
• 1.2.3 NPC三電平逆變器并網(wǎng)控制策略研究16-17
• 1.2.4 NPC三電平逆變器關(guān)鍵問題研究17-18
• 1.3 本論文研究的主要內(nèi)容18-19
• 第二章 NPC三電平逆變器的SVPWM控制策略19-41
• 2.1 NPC三電平逆變器的工作原理和數(shù)學(xué)模型分析19-25
• 2.1.1 NPC三電平逆變器的工作原理19-21
• 2.1.2 NPC三電平逆變器的數(shù)學(xué)模型21-25
• 2.2 NPC三電平逆變器的SVPWM控制理論25-36
• 2.2.1 坐標(biāo)變換27-30
• 2.2.2 參考矢量的合成30
• 2.2.3 區(qū)域判斷30-33
• 2.2.4 基本空間矢量的確定及作用時間計算33-34
• 2.2.5 基本空間矢量作用順序優(yōu)化34-36
• 2.3 NPC三電平逆變器的中點不平衡問題研究36-40
• 2.3.1 中點電位不平衡的機理分析37-39
• 2.3.2 中點電位不平衡的控制方案39-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 NPC三電平逆變器的并網(wǎng)控制策略41-52
• 3.1 NPC三電平逆變器并網(wǎng)控制的總體設(shè)計41-43
• 3.2 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計43-44
• 3.3 基于dq坐標(biāo)系的三相鎖相環(huán)設(shè)計44-51
• 3.3.1 鎖相環(huán)基本原理45-46
• 3.3.2 基于dq坐標(biāo)系的三相鎖相環(huán)原理46-49
• 3.3.3 對基于dq坐標(biāo)系的三相鎖相環(huán)的優(yōu)化49-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第四章 NPC三電平逆變器的Matlab仿真分析52-58
• 4.1 引言52
• 4.2 開環(huán)仿真52-54
• 4.2.1 開環(huán)仿真框圖52-53
• 4.2.2 開環(huán)仿真結(jié)果分析53-54
• 4.3 閉環(huán)仿真54-57
• 4.3.1 未加入MPPT的閉環(huán)仿真框圖54-55
• 4.3.2 未加入MPPT的閉環(huán)仿真結(jié)果分析55-56
• 4.3.3 加入MPPT的閉環(huán)仿真結(jié)果分析56-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第五章 NPC三電平逆變器的軟硬件設(shè)計58-73
• 5.1 三電平逆變器系統(tǒng)構(gòu)成58-59
• 5.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計59-66
• 5.2.1 控制系統(tǒng)硬件總體框圖設(shè)計59-60
• 5.2.2 輔助電源60-61
• 5.2.3 采樣電路61-63
• 5.2.4 保護電路63-65
• 5.2.5 驅(qū)動電路設(shè)計65
• 5.2.6 輸出繼電器及濾波電路電路設(shè)計65-66
• 5.3 NPC三電平并網(wǎng)逆變器軟件設(shè)計66-72
• 5.3.1 三電平逆變器控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計66-68
• 5.3.2 工作模式切換模塊68-70
• 5.3.3 BOOST升壓模塊70
• 5.3.4 SVPWM模塊70-71
• 5.3.5 雙路MPPT切換模塊71-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 第六章 NPC三電平逆變器實驗及結(jié)果分析73-85
• 6.1 NPC三電平逆變器實驗平臺和測試設(shè)備介紹73-76
• 6.2 前級雙BOOST電路驅(qū)動波形的測試及分析76-77
• 6.3 后級三電平逆變電路波形的測試及分析77-81
• 6.3.1 后級三電平逆變電路開環(huán)波形測試77-79
• 6.3.2 基于dq鎖相程序波形測試79
• 6.3.3 電流單閉環(huán)波形測試79-81
• 6.4 MPPT工作模式下的逆變器整機波形測試81-84
• 6.4.1 整機單路MPPT實驗波形測試81-82
• 6.4.2 雙路MPPT相互切換實驗波形測試82-84
• 6.5 本章小結(jié)84-85
• 結(jié)論85-86
• 參考文獻86-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文91-92
• 致謝92-93
• 附件93

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