大功率光伏逆變器損耗模型的研究

【摘要】：眾所周知,在追求低碳社會(huì)的今天,太陽(yáng)能作為一種綠色新能源,越來(lái)越受到世界各國(guó)的關(guān)注。在各國(guó)政府的大力支持下,光伏產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展。 目前,國(guó)內(nèi)掀起了建設(shè)光伏電站的熱潮。大功率光伏逆變器是光伏電站系統(tǒng)的重要組成部件,其效率是衡量并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。如果效率不達(dá)標(biāo),則不能并網(wǎng),需重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)。因此,本文圍繞大功率光伏并網(wǎng)逆變器的效率,基于逆變器各種損耗來(lái)源,建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型,為逆變器的效率設(shè)計(jì)提供參考,以此節(jié)省樣機(jī)開(kāi)發(fā)周期。 論文從大功率光伏并網(wǎng)逆變器的主電路結(jié)構(gòu)出發(fā),分析IGBT功率器件、濾波電感、濾波電容、直流母線電容等主電路器件的功率損耗原理,分別建立了它們的損耗數(shù)學(xué)模型。同時(shí),基于500kW光伏逆變器系統(tǒng)中IGBT功率器件損耗模型,給出了它的算例分析。 從數(shù)學(xué)損耗模型知道,濾波電感及濾波電容的功率損耗和流過(guò)它們的諧波電流關(guān)系很大。在分析基于空間矢量調(diào)制(SVPWM)逆變器輸出電壓諧波分量的基礎(chǔ)上,給出了一種計(jì)算逆變器并網(wǎng)諧波的方法。根據(jù)諧波電流的分布,得到輸出濾波電感的鋁耗及鐵耗。 分析了大功率光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中LCL濾波器結(jié)構(gòu),給出了參數(shù)選型依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,分析了大功率光伏并網(wǎng)逆變器基于網(wǎng)側(cè)電壓定向的P-Q解耦控制策略,基于Matlab/Simulink實(shí)現(xiàn)了不同功率下,單位功率因數(shù)的仿真。根據(jù)仿真系統(tǒng)中FFT分析,并網(wǎng)諧波含量和理論計(jì)算值相差不大,驗(yàn)證了理論計(jì)算諧波方法的正確性。 最后,根據(jù)歐洲效率功率測(cè)試點(diǎn),依托四川科陸新能的500kW光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論損耗模型的正確性。針對(duì)逆變器系統(tǒng)損耗的組分比例,對(duì)占損耗比重較大的功率器件損耗及濾波電感損耗,做了詳細(xì)探討。主要分析了調(diào)制度、負(fù)載電流、開(kāi)關(guān)頻率等對(duì)功率器件的損耗影響,磁密、材料等對(duì)濾波電感的損耗影響。建議選用銅帶制作電感,選取合適開(kāi)關(guān)頻率等方法來(lái)提高光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)效率。因此,通過(guò)光伏逆變器系統(tǒng)損耗模型預(yù)算損耗值大小,有效指導(dǎo)逆變器的設(shè)計(jì),可以減小開(kāi)發(fā)周期,提高開(kāi)發(fā)效率。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)系統(tǒng) 大功率并網(wǎng)逆變器 損耗分析 歐洲效率
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目錄9-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題背景及研究意義11-13
• 1.2 大功率光伏逆變器的研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 常見(jiàn)光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)16-18
• 1.3 論文意義及研究?jī)?nèi)容18-19
• 第2章 并網(wǎng)逆變器功率損耗分析19-40
• 2.1 并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)19
• 2.2 IGBT損耗模型19-21
• 2.3 基于SPWM調(diào)制下兩電平逆變器損耗模型21-25
• 2.3.1 SPWM調(diào)制運(yùn)行狀態(tài)分析21-23
• 2.3.2 導(dǎo)通損耗Pcon分析23-24
• 2.3.3 開(kāi)關(guān)損耗Psw分析24-25
• 2.4 基于SVPWM調(diào)制下兩電平逆變器損耗模型25-32
• 2.4.1 SVPWM調(diào)制運(yùn)行狀態(tài)分析25-29
• 2.4.2 通態(tài)損耗Pcon分析29-31
• 2.4.3 開(kāi)關(guān)損耗Psw分析31-32
• 2.5 功率損耗分析算例32-35
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)確定32-33
• 2.5.2 逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)功率損耗影響33-35
• 2.6 中間直流電容的損耗模型35-36
• 2.7 LCL濾波電路的損耗模型36-39
• 2.7.1 濾波電感損耗模型36-38
• 2.7.2 濾波電容損耗模型38-39
• 2.8 其他部分損耗模型39
• 2.9 本章小結(jié)39-40
• 第3章 基于LCL三相并網(wǎng)逆變器諧波分析40-56
• 3.1 單L型及LCL型濾波器的比較40-42
• 3.2 LCL參數(shù)的選取42-45
• 3.2.1 LCL濾波電路參數(shù)約束條件43-44
• 3.2.2 LCL濾波電路參數(shù)設(shè)計(jì)步驟44-45
• 3.3 LCL三相并網(wǎng)逆變器電流分析45-49
• 3.3.1 SVPWM相電壓諧波分析45-48
• 3.3.2 電流諧波分析計(jì)算48-49
• 3.4 死區(qū)時(shí)間對(duì)并網(wǎng)逆變器輸出電壓的影響49-51
• 3.5 諧波分析仿真驗(yàn)證51-55
• 3.5.1 三相并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型51-53
• 3.5.2 光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略53-54
• 3.5.3 基于matlab的仿真分析54-55
• 3.6 本章小結(jié)55-56
• 第4章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證56-72
• 4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)56-57
• 4.2 理論計(jì)算效率57-63
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析63-66
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)波形分析63-64
• 4.3.2 效率測(cè)試及分析64-66
• 4.4 效率優(yōu)化建議66-71
• 4.4.1 IGBT功率器件損耗66-68
• 4.4.2 濾波電感損耗68-69
• 4.4.3 頻率及母線電壓對(duì)系統(tǒng)效率影響69-71
• 4.5 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 附錄77-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文78

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