基于Z源逆變器的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)研究

【摘要】：隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對能源的需求日益增加。但由于傳統(tǒng)化石燃料的不可再生性以及使用過程中帶來的環(huán)境污染等問題，使得開發(fā)利用新能源已經(jīng)迫在眉睫。光伏并網(wǎng)發(fā)電作為新能源開發(fā)領(lǐng)域的一個重要方面，得到了國內(nèi)外眾多學者的廣泛關(guān)注。逆變器是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，在能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程中起著重要作用。本文用Z源逆變器取代了傳統(tǒng)并網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓型逆變器，Z源逆變器能夠克服傳統(tǒng)逆變器的不足從而使整個系統(tǒng)獲得更加優(yōu)良的性能。 本文首先分析了傳統(tǒng)電壓型逆變器和電流型逆變器的理論局限性，在此基礎(chǔ)上對Z源逆變器的電路拓撲、工作原理和調(diào)制方法進行了介紹，通過和傳統(tǒng)逆變器進行比較，突出了Z源逆變器在光伏并網(wǎng)中的優(yōu)勢。 其次，將整個電路分為Z網(wǎng)絡(luò)和逆變橋兩部分，利用狀態(tài)空間平均法分別對各部分進行小信號建模，得到系統(tǒng)的整體模型。在建模的基礎(chǔ)上將整個控制系統(tǒng)分成三個閉環(huán)：并網(wǎng)電流環(huán)、Z網(wǎng)絡(luò)電容電壓環(huán)和光伏陣列輸出電壓環(huán)，并對各環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)器進行了設(shè)計。電流環(huán)實現(xiàn)了輸出電流對電網(wǎng)電壓的跟蹤，使系統(tǒng)以單位功率因數(shù)運行；電壓環(huán)通過調(diào)節(jié)Z源電容電壓來間接調(diào)節(jié)母線電壓；光伏陣列電壓環(huán)調(diào)節(jié)光伏電池的輸出電壓，使光伏電池工作的最大功率點附近。 在上述理論分析的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)主電路、驅(qū)動電路和采樣電路等硬件部分進行了設(shè)計，并介紹了最大功率跟蹤、驅(qū)動信號產(chǎn)生和單相鎖相環(huán)等模塊的工作原理。本文通過微分法構(gòu)造兩相正交電壓，實現(xiàn)了基于旋轉(zhuǎn)坐標系的單相軟件鎖相。最后利用數(shù)字信號處理器TMS320LF2407A搭建了單相Z源逆變器實驗樣機，驗證了理論設(shè)計的合理性。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 Z源逆變器 并網(wǎng) 閉環(huán)控制 鎖相
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題背景10
• 1.2 光伏產(chǎn)業(yè)的廣泛應用10-12
• 1.2.1 國外光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展11-12
• 1.2.2 中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展12
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)概述12-13
• 1.4 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)13-15
• 1.5 課題研究的意義及主要內(nèi)容15-17
• 1.5.1 課題研究意義15
• 1.5.2 課題研究內(nèi)容15-17
• 第2章 Z 源逆變器17-27
• 2.1 Z 源逆變器電路結(jié)構(gòu)17-19
• 2.1.1 傳統(tǒng)逆變器17-18
• 2.1.2 Z 源逆變器18-19
• 2.2 Z 源逆變器的工作原理19-21
• 2.3 Z 源逆變器工作過程分析21-24
• 2.4 Z 源逆變器的調(diào)制方法24-26
• 2.4.1 簡單升壓調(diào)制24-25
• 2.4.2 改進型 SPWM 調(diào)制25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 Z 源逆變器建模與控制系統(tǒng)設(shè)計27-45
• 3.1 Z 源逆變器的建模27-33
• 3.1.1 Z 源網(wǎng)絡(luò)建模28-30
• 3.1.2 逆變側(cè)建模30-33
• 3.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)33-44
• 3.2.1 并網(wǎng)電流環(huán)設(shè)計34-38
• 3.2.2 Z 源電容電壓環(huán)38-41
• 3.2.3 光伏陣列輸出電壓環(huán)41-44
• 3.3 本章小結(jié)44-45
• 第4章 系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)45-58
• 4.1 系統(tǒng)的硬件介紹45-49
• 4.1.1 主電路設(shè)計45-46
• 4.1.2 驅(qū)動電路設(shè)計46-47
• 4.1.3 采樣電路設(shè)計47-49
• 4.2 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)49-57
• 4.2.1 程序總體結(jié)構(gòu)50-52
• 4.2.2 最大功率跟蹤52-53
• 4.2.3 PWM 信號產(chǎn)生53-54
• 4.2.4 鎖相環(huán)分析54-57
• 4.3 本章小結(jié)57-58
• 第5章 仿真與實驗結(jié)果分析58-65
• 5.1 仿真波形及分析58-62
• 5.2 實驗結(jié)果及分析62-64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻66-71
• 致謝71-72
• 作者簡介72

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