大功率光伏逆变器损耗模型的研究

【摘要】：众所周知,在追求低碳社会的今天,太阳能作为一种绿色新能源,越来越受到世界各国的关注。在各国政府的大力支持下,光伏产业得到了迅猛发展。 目前,国内掀起了建设光伏电站的热潮。大功率光伏逆变器是光伏电站系统的重要组成部件,其效率是衡量并网发电系统的重要指标之一。如果效率不达标,则不能并网,需重新设计系统参数。因此,本文围绕大功率光伏并网逆变器的效率,基于逆变器各种损耗来源,建立相关数学模型,为逆变器的效率设计提供参考,以此节省样机开发周期。 论文从大功率光伏并网逆变器的主电路结构出发,分析IGBT功率器件、滤波电感、滤波电容、直流母线电容等主电路器件的功率损耗原理,分别建立了它们的损耗数学模型。同时,基于500kW光伏逆变器系统中IGBT功率器件损耗模型,给出了它的算例分析。 从数学损耗模型知道,滤波电感及滤波电容的功率损耗和流过它们的谐波电流关系很大。在分析基于空间矢量调制(SVPWM)逆变器输出电压谐波分量的基础上,给出了一种计算逆变器并网谐波的方法。根据谐波电流的分布,得到输出滤波电感的铝耗及铁耗。 分析了大功率光伏并网逆变器系统中LCL滤波器结构,给出了参数选型依据。在此基础上,分析了大功率光伏并网逆变器基于网侧电压定向的P-Q解耦控制策略,基于Matlab/Simulink实现了不同功率下,单位功率因数的仿真。根据仿真系统中FFT分析,并网谐波含量和理论计算值相差不大,验证了理论计算谐波方法的正确性。 最后,根据欧洲效率功率测试点,依托四川科陆新能的500kW光伏并网逆变器实验结果证明了理论损耗模型的正确性。针对逆变器系统损耗的组分比例,对占损耗比重较大的功率器件损耗及滤波电感损耗,做了详细探讨。主要分析了调制度、负载电流、开关频率等对功率器件的损耗影响,磁密、材料等对滤波电感的损耗影响。建议选用铜带制作电感,选取合适开关频率等方法来提高光伏并网逆变器系统效率。因此,通过光伏逆变器系统损耗模型预算损耗值大小,有效指导逆变器的设计,可以减小开发周期,提高开发效率。 【关键词】：光伏并网系统 大功率并网逆变器 损耗分析 欧洲效率
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究意义11-13
• 1.2 大功率光伏逆变器的研究现状13-18
• 1.2.1 国内外研究现状13-16
• 1.2.2 常见光伏并网逆变器的结构16-18
• 1.3 论文意义及研究内容18-19
• 第2章 并网逆变器功率损耗分析19-40
• 2.1 并网逆变器的结构19
• 2.2 IGBT损耗模型19-21
• 2.3 基于SPWM调制下两电平逆变器损耗模型21-25
• 2.3.1 SPWM调制运行状态分析21-23
• 2.3.2 导通损耗Pcon分析23-24
• 2.3.3 开关损耗Psw分析24-25
• 2.4 基于SVPWM调制下两电平逆变器损耗模型25-32
• 2.4.1 SVPWM调制运行状态分析25-29
• 2.4.2 通态损耗Pcon分析29-31
• 2.4.3 开关损耗Psw分析31-32
• 2.5 功率损耗分析算例32-35
• 2.5.1 实验基本参数确定32-33
• 2.5.2 逆变器拓扑结构对功率损耗影响33-35
• 2.6 中间直流电容的损耗模型35-36
• 2.7 LCL滤波电路的损耗模型36-39
• 2.7.1 滤波电感损耗模型36-38
• 2.7.2 滤波电容损耗模型38-39
• 2.8 其他部分损耗模型39
• 2.9 本章小结39-40
• 第3章 基于LCL三相并网逆变器谐波分析40-56
• 3.1 单L型及LCL型滤波器的比较40-42
• 3.2 LCL参数的选取42-45
• 3.2.1 LCL滤波电路参数约束条件43-44
• 3.2.2 LCL滤波电路参数设计步骤44-45
• 3.3 LCL三相并网逆变器电流分析45-49
• 3.3.1 SVPWM相电压谐波分析45-48
• 3.3.2 电流谐波分析计算48-49
• 3.4 死区时间对并网逆变器输出电压的影响49-51
• 3.5 谐波分析仿真验证51-55
• 3.5.1 三相并网逆变器的数学模型51-53
• 3.5.2 光伏并网逆变器的控制策略53-54
• 3.5.3 基于matlab的仿真分析54-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第4章 实验验证56-72
• 4.1 实验平台56-57
• 4.2 理论计算效率57-63
• 4.3 实验结果与分析63-66
• 4.3.1 实验波形分析63-64
• 4.3.2 效率测试及分析64-66
• 4.4 效率优化建议66-71
• 4.4.1 IGBT功率器件损耗66-68
• 4.4.2 滤波电感损耗68-69
• 4.4.3 频率及母线电压对系统效率影响69-71
• 4.5 本章小结71-72
• 结论72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 附录77-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文78

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