基于新型调制控制技术的Quasi-Z源光伏逆变器

【摘要】：本文研究了一种基于新型调制控制技术的单相Quasi-Z源级联光伏逆变器。级联逆变系统由单相Quasi-Z源逆变器模块组成,有效地将单相Quasi-Z源逆变器和级联H桥多电平逆变器的优点相结合起来。在光伏发电系统中,Quasi-Z源逆变器以独特的LC网络代替了传统的DC/DC变换电路,以单级式的结构实现升／降压与逆变功能,适用于光伏电池的电压宽范围变化,并能克服传统逆变器直通损坏的问题。级联结构可以利用低压开关器件实现高压大容量输出,并且,可以在较低的开关频率下获得低谐波的输出电压。作为级联逆变系统的基本组成单元,单相Quasi-Z源逆变器模块至关重要。 单相Quasi-Z源逆变器采用新型调制控制技术比采用传统SPWM技术的优势主要体现在：1)可以有效减小Quasi-Z源网络的电容、电感,降低系统的开关次数,降低系统损耗,提高效率。因为,传统SPWM控制的单相Quasi-Z源逆变器模块为了保证输出质量,通常采用增大Quasi-Z源网络电容、电感的方法减小直流母线的两倍频电压脉动和电感电流脉动。并且,采用传统SPWM调制时,逆变桥中至少有两个开关器件在零矢量阶段插入直通矢量,导致插入直通矢量的开关管的开关频率增加,系统的开关损耗增加。但是,采用新型调制控制技术的单相Quasi-Z源逆变器模块工作时允许直流母线电压两倍频脉动,并且在混合调制的PAM阶段,总有两个对角线的开关管不进行开关动作。2)可以明显降低Quasi-Z源逆变器的共模电压。3)由Quasi-Z源逆变器构成的级联逆变系统采用混合调制技术时,输出的多电平电压谐波比采用SPWM技术时低。因此,新型调制技术不仅解决了单相Quasi-Z源逆变器模块传统SPWM控制时所出现的问题,并且带来了诸多优势。 在文章结构上,本文首先介绍了单相Quasi-Z源逆变器模块和级联逆变系统传统SPWM的工作原理及特点,并在此基础上提出了新型混合调制技术。其次,分析了单个Quasi-Z源逆变器模块的新型混合调制技术,在此基础上构建了由三个模块组成的单相级联逆变系统,通过仿真验证了单个模块和级联逆变器的工作性能。再次,对单个模块采用混合调制时的工作状态进行了详细分析,给出了单个模块的损耗估算方法。最后,搭建了单个逆变器模块的实验平台,验证了采用混合调制时,Quasi-Z源逆变器模块参数设计以及理论分析的正确性。并且,通过与Quasi-Z源逆变器模块采用传统SPWM时的实验结果对比,证明单相Quasi-Z源逆变器采用新型混合调制技术不但可以减小Quasi-Z源网络电感、电容,还能大大降低系统的开关次数,减小共模电压,提高系统效率和输出质量。 【关键词】：混合调制技术 Quasi-Z源逆变器 级联H桥多电平逆变器 光伏发电
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• 英文摘要7-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 光伏发电系统研究现状10-13
• 1.2 Quasi-Z源级联光伏逆变器13-16
• 1.2.1 Quasi-Z源逆变器的特点13-15
• 1.2.2 传统H桥级联多电平逆变器15
• 1.2.3 Quasi-Z源级联多电平逆变器15-16
• 1.3 本文选题的意义与所作的工作16-20
• 1.3.1 本文选题的意义16-17
• 1.3.2 本文主要工作17-20
• 2 典型的单相Quasi-Z源级联多电平逆变器20-30
• 2.1 单个Quasi-Z源逆变器模块20-24
• 2.1.1 基本工作原理20-23
• 2.1.2 传统SPWM调制方法23-24
• 2.2 单相Quasi-Z源级联多电平逆变器24-27
• 2.2.1 Quasi-Z源级联逆变器原理24-26
• 2.2.2 Quasi-Z源级联逆变器的传统调制控制方法26-27
• 2.3 本章小结27-30
• 3 单相Quasi-Z源逆变器的新型调制控制技术30-52
• 3.1 传统SPWM技术存在的问题30-31
• 3.2 单个Quasi-Z源逆变器模块的混合调制31-46
• 3.2.1 混合调制技术的工作原理31-35
• 3.2.2 Quasi-Z源网络电容、电感参数设计35-36
• 3.2.3 混合调制Quasi-Z源逆变器模块的仿真验证36-46
• 3.3 单相Quasi-Z源级联逆变系统的混合调制46-49
• 3.3.1 单相Quasi-Z源级联逆变器的混合调制方法46-47
• 3.3.2 混合调制单相Quasi-Z源级联逆变器的仿真验证47-49
• 3.4 本章小结49-52
• 4 单个Quasi-Z源逆变器模块的损耗及效率分析52-68
• 4.1 工作状态分析52-59
• 4.1.1 H桥开关器件导通电流53-56
• 4.1.2 Quasi-Z源网络各器件的导通电流56-59
• 4.2 Quasi-Z源逆变器模块的损耗59-64
• 4.2.1 H桥开关器件的损耗59-62
• 4.2.2 Quasi-Z源网络的损耗62-64
• 4.3 Quasi-Z源逆变器模块的损耗分析及实验验证64-66
• 4.4 本章小结66-68
• 5 单个Quasi-Z源逆变器模块的硬件设计及实验验证68-78
• 5.1 主功率电路设计68-70
• 5.1.1 Quasi-Z源网络二极管和H桥MOSFET68
• 5.1.2 Quasi-Z源网络电容、电感设计68-69
• 5.1.3 PV终端电容设计69-70
• 5.2 实验验证及结果分析70-77
• 5.2.1 混合调制信号实验70-72
• 5.2.2 Quasi-Z源逆变器模块的混合调制实验72-77
• 5.3 本章小结77-78
• 6 结论78-80
• 参考文献80-84
• 作者简历84-88
• 学位论文数据集8

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