光伏并网逆变器软开关技术研究

【摘要】：在硬开关模式的逆变器系统中,功率开关器件IGBT的开通和关断损耗在系统整体损耗中所占比例较大,软开关技术的使用可以解决这一问题,提高逆变效率。本文在极谐振逆变器中采用零电压转换技术(ZVT),开通和关断时,对IGBT的电压进行控制,使其电压和电流没有重叠不产生开关损耗。且每相桥臂均有一个辅助谐振单元,三相之间相互独立,系统运行可靠性较高。辅助谐振单元的引入对主电路控制策略不影响,只需要增加对辅助单元的控制算法即可。 对零电压极谐振逆变器的工作原理进行了深入研究,分析了开通和关断谐振过程的10个工作模式,推导了各阶段元器件的电压电流数学公式,并且在Matlab/Simulink软件中搭建了仿真电路,实现了逆变器的零电压ZVT切换。 针对辅助谐振单元传统的定时控制策略无法适应光伏发电系统中直流侧电压在较大范围内变化、直流侧电容分压不平衡等工况,本文提出了一种新型的变时辅助谐振单元控制策略,可以进一步降低开通和关断过程中各个元器件的谐振损耗,尤其是在关断时采用分阶段投入辅助谐振单元,可以大大降低关断损耗；在直流侧电压变化和电容分压不平衡时,变时控制策略仍能确保逆变器主电路IGBT以ZVT方式切换,辅IGBT和二极管以ZCT零电流切换,均不产生开关损耗。 为搭建250kW三相光伏并网逆变器系统,进行了主、辅IGBT、快恢复二极管、分压电容等器件的选型,对谐振电感和电容取值进行了严密的理论分析和计算,选出最为合适的参数；并且计算了逆变器系统控制策略中的关键参数。并网部分设计了LCL滤波电路和前馈解耦电流跟踪环节,经过大量的调试工作,确定出输出电流谐波含量较低和动态响应性良好的滤波电感、电容和PI调节器参数。 对硬开关、定时ZVT软开关和变时ZVT软开关三相并网逆变器三种模式进行对比仿真,从IGBT电压和电流、谐振电感电流、逆变器侧和网侧电流谐波含量等方面进行分析,得出软开关技术具有降低开关损耗,改善输出电能质量等优势,并且变时控制比定时控制的优势更为突出。在变时控制模式中,进行了改变谐振电感和电容的对比仿真,减小电容可以进一步降低关断谐振损耗,但会引起输出电流谐波含量和预充电时间增加等问题,因此选择合适的谐振电感电容值即可。 【关键词】：极谐振逆变器 零电压软开关技术 变时控制
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 光伏并网发电系统简介12-15
• 1.2.1 光伏发电系统分类12-13
• 1.2.2 光伏发电并网系统的组成及特点13-15
• 1.3 软开关技术的发展15-20
• 1.3.1 软开关技术的概念15-17
• 1.3.2 软开关技术拓扑的分类17-20
• 1.4 本文研究的主要内容20-21
• 2 ZVT软开关逆变器工作原理及仿真21-37
• 2.1 ZVT逆变器工作原理21-31
• 2.1.1 ZVT软开关逆变器主电路拓扑21
• 2.1.2 ZVT谐振过程分析21-31
• 2.2 ZVT单相逆变器仿真结果31-37
• 3 辅助谐振单元的控制策略对ZVT实现的影响37-49
• 3.1 传统辅助谐振单元定时控制策略37-40
• 3.2 改进型辅助谐振单元变时控制策略40-49
• 3.2.1 改进型辅助谐振单元变时控制策略及对损耗的有效降低40-43
• 3.2.2 直流侧电压变化时对ZVT实现条件的优化43-44
• 3.2.3 分压电容电压不平衡时改善ZVT动作条件44-49
• 4 250kW软开关光伏并网逆变器参数设计49-59
• 4.1 光伏并网逆变器主要元器件的选型49-54
• 4.1.1 主辅功率开关管IGBT的选型49-51
• 4.1.2 快速恢复二极管的选型51-52
• 4.1.3 直流侧分压电容设计52-54
• 4.2 谐振电感电容参数设计54-57
• 4.3 逆变器系统主要技术参数计算57-59
• 5 250kW三相ZVT光伏并网逆变器系统仿真59-87
• 5.1 光伏逆变器并网控制技术59-62
• 5.1.1 LCL滤波电路设计60-61
• 5.1.2 前馈解耦电流控制技术61-62
• 5.2 硬开关模式下的三相逆变器仿真62-69
• 5.2.1 硬开关模式三相逆变器仿真电路62-64
• 5.2.2 LCL滤波电路和PI调节器关键参数设置64-68
• 5.2.3 250kW硬开关逆变器三相仿真结果68-69
• 5.3 辅助谐振单元不同控制策略下的逆变器软开关技术仿真69-81
• 5.3.1 ZVT软开关三相逆变器仿真电路69-72
• 5.3.2 定时控制策略仿真结果72-76
• 5.3.3 变时控制策略仿真结果76-80
• 5.3.4 硬开关、定时和变时ZVT三种模式仿真结果对比分析80-81
• 5.4 基于变时控制策略的对比仿真实验81-87
• 5.4.1 谐振电感增大,谐振电容不变,谐振周期变长81-83
• 5.4.2 谐振电感增大,谐振电容减小,谐振周期不变83-87
• 6 结论与展望87-89
• 参考文献89-93
• 索引93-97
• 作者简介97-101
• 学位论文数据集101

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