一种H6拓扑非隔离型光伏并网逆变器的研究

【摘要】：随着光伏技术的日益发展,对太阳能的利用逐渐从无电地区发展到有电地区,许多国家都推出了光伏发电计划。目前我国在这一方面的应用,主要是在大型电站方面,在家用型屋顶光伏应用还是比较少的。从全球发展趋势来看,小型化、智能化和模块化将是未来光伏并网型逆变器主要发展趋势。在光伏并网发电系统中,逆变器实现把太阳能电池板产生直流电能转化为和电网同频同相的交流电能并且馈入电网,光伏并网逆变器是光伏并网发电系统的枢纽单元。不同的应用场合可以选择不同的并网型逆变器,本文的研究方向是分布式光伏发电系统,主要针对单相非隔离型光伏并网逆变器进行研究。 文章首先概述了光伏并网发电的国内外发展情况及研究现状,对光伏并网发电系统做了简要介绍。其次,在单相并网逆变器的模型上分析了共模漏电流的产生机理,得到了不同拓扑不同PWM调制策略下的漏电流产生条件。在总结了能够抑制共模漏电流的不同拓扑结构的基础上,提出了一种对共模漏电流抑制作用较好且高效率的H6桥式逆变拓扑。以此为基础,给出了一款两级式单相非隔离型光伏并网逆变器总体设计方案。 接着,详细分析研究了光伏并网逆变器的控制策略。在分析总结了目前常用的最大功率点追踪控制策略基础上,提出了一种基于瞬时功率检测的变步长式扰动观察法MPP控制策略。由于光伏并网型逆变器存在直流输入电压波动、逆变桥壁需要死区控制和电网不稳定等问题,从而导致逆变器并入电网的电流存在波形畸变,电能质量下降等问题,并网电流控制采用基于电网电压前馈的双闭环PI控制方案。电网电压前馈环节消除了电网的干扰,利用双闭环PI控制方法改善逆变器的动态特性。 最后,利用仿真软件Matlab/simulink,对所设计的光伏并网发电系统进行了理论仿真,仿真结果表明设计的正确性、合理性。在实验室试制了一台2KW光伏并网逆变器试验样机,详细分析了硬件电路及基于DSP芯片的系统控制软件的设计,实验结果验证了设计的合理性。 【关键词】：光伏并网 非隔离型 共模电流 两级式控制
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 课题背景及意义12-14
• 1.2 光伏发电国内外状况及前景14-15
• 1.2.1 国外发展状况及前景14
• 1.2.2 国内发展状况及前景14-15
• 1.3 光伏并网发电系统研究现状15-20
• 1.3.1 光伏并网发电系统概述15-17
• 1.3.2 光伏并网发电系统体系结构17-18
• 1.3.3 光伏并网发电系统电路拓扑研究现状18-20
• 1.4 论文主要内容20-22
• 2 光伏并网系统共模漏电流分析及抑制措施22-33
• 2.1 光伏并网系统中分布电容分析22-23
• 2.2 单相非隔离型并网逆变器共模漏电流模型23-27
• 2.3 单相非隔离型并网逆变器无共模漏电流条件27-28
• 2.4 一种非隔离型对称H6拓扑28-33
• 3 系统总体设计方案33-39
• 3.1 系统总体设计33-34
• 3.2 DC/DC电路分析34-39
• 3.2.1 Boost电路结构及工作原理34-35
• 3.2.2 Boost电路实现MPPT分析35-37
• 3.2.3 Boost电路中参数计算37-39
• 4 光伏并网逆变器控制策略研究39-49
• 4.1 光伏并网逆变器总体控制策略39-41
• 4.1.1 两级式光伏并网逆变器控制策略39-40
• 4.1.2 单级式光伏并网逆变器控制策略40
• 4.1.3 两级式协调控制策略40-41
• 4.2 两级式光伏并网逆变器MPPT控制方式41-43
• 4.3 光伏并网逆变器并网电流控制43-47
• 4.3.1 电压外环控制策略44-45
• 4.3.2 电流内环控制策略45-47
• 4.4 基于Simulink的控制系统仿真分析47-49
• 5 光伏并网逆变系统实验分析49-68
• 5.1 系统构成49
• 5.2 系统硬件设计49-60
• 5.2.1 主电路基本器件选型49-52
• 5.2.2 DSP端口配置及外围电路设计52-56
• 5.2.3 驱动电路设计56-57
• 5.2.4 采样电路设计57-60
• 5.3 系统软件设计60-65
• 5.3.1 主程序框架及流程图60-61
• 5.3.2 软件锁相环实现61-63
• 5.3.3 SPWM调制实现63
• 5.3.4 扰频法孤岛检测实现63-65
• 5.4 系统实验及分析65-68
• 6 总结与展望68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 作者简介及读研期间主要科研成果73

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