基于双重傅里叶级数的光伏逆变器多周期及混沌SPWM频谱计算方法研究

【摘要】：随着光伏发电产业的蓬勃发展,光伏逆变器带来的谐波及电磁干扰问题也越来越受到人们的关注,严重的电磁干扰和谐波不仅影响电力设备本身的正常运行,并网运行时还将对电网造成电磁污染。目前,屏蔽、滤波、接地等方法是抑制电磁干扰的主要措施。近年来,混沌PWM控制因其可以从源头上有效降低变换器的电磁干扰而得到越来越多的关注,但目前的研究方向主要集中在仿真和实验验证方面,缺乏理论分析,尤其是频谱量化分析方面。因此,本文根据混沌SPWM的研究现状,将研究重点放在了混沌控制降噪量化分析上,提出了一种基于双重傅里叶级数的多周期及混沌SPWM频谱计算方法。 本文首先介绍了光伏逆变器的研究背景及其面临的电磁干扰问题,然后,根据传统的频谱分析方法——双重傅里叶级数,对常规双极性SPWM进行了频谱计算,并对频谱分布特性进行了分析,指出了频谱在开关频率及其整数倍处存在较大谐波峰值的特点。 接着,证明了常规SPWM及多周期SPWM下输出电压的谐波总能量不变性。并在多周期SPWM输出波形数学建模的基础上,提出了多周期SPWM波的双重傅里叶级数频谱计算方法,得出了多周期SPWM的频谱量化表达式,将频谱计算结果与MATLAB仿真结果进行了对比验证。 在对多周期SPWM进行频谱计算分析的基础上,将上述多周期SPWM的频谱计算方法拓展应用到了混沌SPWM频谱计算中,分析了混沌SPWM频谱计算的可行性。为了验证不同混沌映射及不同载波周期波动范围对混沌SPWM输出波形频谱的影响,文中选择了常用的Tent和Chebyshev映射分别进行了频谱计算与结果对比,并从短期和长期两个方面阐述了混沌载波周期波动范围和混沌序列初值、概率密度对扩频效果的影响。 最后,在理论计算和仿真验证的基础上搭建了混沌SPWM控制光伏逆变器实验平台,进行了常规SPWM和混沌SPWM控制下的相关实验,对比分析了不同控制策略下SPWM输出电压和交流电流的频谱分布特征,与本文的频谱计算结果进行了比较,进一步验证了本文所提频谱计算方法的有效性。 【关键词】：光伏逆变器 电磁干扰 谐波总能量不变 频谱计算 多周期SPWM 混沌SPWM 双重傅里叶级数
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-17
• 1.1 光伏发电研究背景及面临的电磁干扰问题11-12
• 1.2 抑制电磁干扰的传统方法和新思路12-13
• 1.3 混沌控制的国内外研究现状13-14
• 1.4 课题研究重点和难点14
• 1.5 本文内容安排14-17
• 2 光伏逆变器常规SPWM频谱计算方法17-31
• 2.1 光伏逆变器结构及控制方法17-20
• 2.2 常规SPWM频谱计算方法20-28
• 2.2.1 双重傅里叶级数20-21
• 2.2.2 锯齿载波常规SPWM频谱计算21-25
• 2.2.3 三角载波常规SPWM频谱计算25-28
• 2.3 本章小结28-31
• 3 谐波总能量的不变性和多周期SPWM频谱计算方法31-49
• 3.1 谐波总能量的不变性31-34
• 3.2 锯齿载波多周期SPWM频谱计算34-41
• 3.2.1 数学建模及计算34-38
• 3.2.2 MATLAB仿真验证38-41
• 3.3 三角载波多周期SPWM频谱计算41-46
• 3.3.1 数学建模及计算41-44
• 3.3.2 MATLAB仿真验证44-46
• 3.4 本章小结46-49
• 4 混沌SPWM频谱分析及实验验证49-67
• 4.1 混沌SPWM控制原理及实现方法49-50
• 4.2 锯齿载波混沌SPWM频谱计算及实验验证50-57
• 4.2.1 基于Tent映射的混沌SPWM频谱分析51-54
• 4.2.2 基于Chebyshev映射的混沌SPWM频谱分析54-57
• 4.3 三角载波混沌SPWM频谱计算及实验验证57-62
• 4.3.1 基于Tent映射的混沌SPWM频谱分析58-60
• 4.3.2 基于Chebyshev映射的混沌SPWM频谱分析60-62
• 4.4 载波周期波动范围及映射初值选取对频谱的影响分析62-65
• 4.5 本章小结65-67
• 5 混沌SPWM光伏逆变器实验研究67-79
• 5.1 实验系统设计67-69
• 5.2 逆变器带电阻负载实验及分析69-74
• 5.2.1 基准开关频率1kHz实验69-71
• 5.2.2 基准开关频率10kHz实验71-74
• 5.3 逆变器并网实验及分析74-77
• 5.4 本章小结77-79
• 6 结论79-81
• 6.1 全文总结79-80
• 6.2 全文展望80-81
• 参考文献81-85
• 作者简历85-89
• 学位论文数据集89

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