高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的研究

【摘要】：近年來(lái),太陽(yáng)能光伏發(fā)電以其清潔、安全、便利、高效等優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為世界各國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的可再生能源之一。光伏并網(wǎng)逆變器作為能量的控制與變換環(huán)節(jié),成為了光伏發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文研究了一種新型高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器,其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有效率高、體積小、重量輕的特點(diǎn),適用于單相小功率光伏發(fā)電系統(tǒng)。 首先,對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行分類研究并詳細(xì)分析了各類型并網(wǎng)逆變器的優(yōu)缺點(diǎn),引出高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器在屋頂光伏發(fā)電領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)傳統(tǒng)DC/DC變換型高頻隔離光伏并網(wǎng)逆變器的不足,本文研究了一種基于正弦脈寬脈位調(diào)制(SPWPM)的新型高頻隔離光伏并網(wǎng)逆變器,并分析了主電路在穩(wěn)態(tài)時(shí)的工作原理。對(duì)SPWPM波形進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo),從理論上證明了其可行性。 其次,根據(jù)高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn),設(shè)計(jì)了含有翻轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)和電網(wǎng)電壓前饋的閉環(huán)控制策略。對(duì)于新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中電流控制環(huán)相位靜差引起并網(wǎng)電流過(guò)零點(diǎn)畸變問(wèn)題,分別引入了相位補(bǔ)償控制和比例諧振控制兩種不同方式來(lái)解決,并建立了系統(tǒng)的仿真模型加以驗(yàn)證,隨后給出了閉環(huán)控制系統(tǒng)的具體離散化實(shí)現(xiàn)方法。 基于上述理論分析,本文設(shè)計(jì)了高頻隔離型并網(wǎng)逆變器的硬件電路。結(jié)合主電路高頻化以及SPWPM模式下的工作特點(diǎn),完成了高頻變壓器、電感、電容等關(guān)鍵元件的參數(shù)設(shè)計(jì)和功率開(kāi)關(guān)器件的選型,設(shè)計(jì)了基于數(shù)字信號(hào)處理器的控制系統(tǒng),在繪制印制電路板的基礎(chǔ)上搭建了并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)。 最后,對(duì)高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)進(jìn)行硬件調(diào)試及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)逆變器在SPWPM模式下的并網(wǎng)電流數(shù)字閉環(huán)控制,并設(shè)計(jì)了安全的起動(dòng)和停止邏輯。在分析并網(wǎng)電流實(shí)驗(yàn)波形過(guò)零點(diǎn)畸變的基礎(chǔ)上,采用上述相位補(bǔ)償控制對(duì)交流電流環(huán)控制器算法進(jìn)行改進(jìn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了控制策略的有效性。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 并網(wǎng)逆變器 高頻隔離 脈寬脈位調(diào)制 相位補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM464
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 課題背景及研究意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹13-17
• 1.3.1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)13-16
• 1.3.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成16-17
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容17-19
• 2 光伏并網(wǎng)逆變器19-37
• 2.1 光伏并網(wǎng)逆變器基本原理19-21
• 2.2 隔離型光伏并網(wǎng)逆變器21-25
• 2.2.1 光伏并網(wǎng)逆變器電氣隔離的意義21-22
• 2.2.2 工頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器22-23
• 2.2.3 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器23-25
• 2.3 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器原理25-29
• 2.3.1 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進(jìn)25-26
• 2.3.2 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器工作原理26-29
• 2.4 SPWPM原理分析29-32
• 2.5 SPWPM的數(shù)字實(shí)現(xiàn)32
• 2.6 仿真分析32-37
• 3 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)37-51
• 3.1 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)控制策略37-41
• 3.1.1 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型37-39
• 3.1.2 閉環(huán)系統(tǒng)控制策略39-41
• 3.2 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器電流環(huán)控制策略研究41-46
• 3.2.1 基于相位補(bǔ)償控制的電流環(huán)控制策略改進(jìn)42-43
• 3.2.2 基于準(zhǔn)PR控制的電流環(huán)控制策略改進(jìn)43-46
• 3.3 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)46-49
• 3.3.1 軟件系統(tǒng)和中斷的設(shè)計(jì)47
• 3.3.2 增量式PI調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)47-48
• 3.3.3 準(zhǔn)PR調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)48-49
• 3.4 仿真分析49-51
• 4 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)51-67
• 4.1 功率開(kāi)關(guān)器件選型51-52
• 4.2 高頻變壓器設(shè)計(jì)52-58
• 4.2.1 高頻變壓器磁芯材料的選擇53-54
• 4.2.2 高頻變壓器設(shè)計(jì)要點(diǎn)54-56
• 4.2.3 高頻變壓器參數(shù)計(jì)算56-58
• 4.3 電感和電容設(shè)計(jì)58-60
• 4.3.1 濾波電感設(shè)計(jì)58-60
• 4.3.2 輸入濾波電容設(shè)計(jì)60
• 4.4 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器控制電路設(shè)計(jì)60-64
• 4.5 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器主電路板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)64-67
• 5 高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析67-73
• 5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建67-69
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析69-72
• 5.3 相位補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)72-73
• 6 總結(jié)與展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-77
• 作者簡(jiǎn)歷77-81
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集81

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