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小功率非隔离光伏并网逆变器技术研究

作　者: 王剑斌
导　师: 郑琼林
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 光伏非隔离逆变器简易单极性调制共模漏电流无差拍控制
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

日益严重的能源危机与环境污染刺激清洁可再生能源的快速发展,其中,光伏发电因为储量大、无污染等优势得以被越来越多的推广与应用,而并网逆变器的性能指标直接决定光伏能源是否能高效、可靠地利用。非隔离拓扑结构具有效率高、重量轻的优势,是中小功率并网逆变器发展的主流方向。本文首先对两级式并网逆变器的工作原理进行了分析,设计了基于无差拍控制理论的逆变双环控制器,使并网电流快速地跟踪电网电压；其次,在常用的正弦脉宽调制方式的基础上,针对并网系统单位功率因数发电的特殊应用,提出了简易单极性调制方式,并结合仿真论证了其可行性。共模漏电流是非隔离并网系统的关键问题,本文在共模漏电流谐振回路模型的基础上详细分析了共模电压和谐振电路的频域特性,提出通过加入滤波电容使谐振点频率控制在共模电压的谐波薄弱点,以达到抑制共模漏电流的方案,仿真和实验验证了该方案的可行性。本文设计的逆变器基于IGBT和CoolMOS混合的H桥拓扑,结合简易单极性调制方式使逆变器的效率性能得到进一步提升。在本文理论基础上设计了4kW非隔离并网逆变器样机,样机基于DSPTMS320F28335的控制核心,对其实验研究并测试,验证了所用拓扑及调制方式的高效性,最高效率达97.51%；验证了无差拍控制能理想地跟踪并网电压相位,实现单位功率因数并网,并网电流具有优秀的谐波特性,满载THD为2.12%；验证了基于变步长扰动观测法能很好地跟踪电池板功率曲线的最大值,稳态跟踪效率保持在99%以上,能最大限度地利用电池板的功率。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-11
第一章绪论  11-19
  1.1 光伏发电的背景及意义  11-13
    1.1.1 能源危机与环境污染  11-12
    1.1.2 太阳能利用的优势及发展现状  12-13
  1.2 光伏并网逆变器分类  13-16
    1.2.1 集中式逆变器  14
    1.2.2 链式逆变器  14-16
    1.2.3 模块式微型逆变器  16
  1.3 光伏并网逆变器认证标准  16-17
  1.4 本文工作重点  17-19
第二章两级式光伏发电系统原理  19-35
  2.1 系统总体设计方案  19-22
    2.1.1 系统结构方框图  19-20
    2.1.2 系统设计指标及说明  20-22
  2.2 Boost电路设计  22-25
    2.2.1 工作原理  22-23
    2.2.2 控制器设计  23-25
  2.3 逆变电路分析  25-27
    2.3.1 工作原理  25
    2.3.2 双环控制器原理及设计  25-27
  2.4 脉宽调制技术  27-33
    2.4.1 常用单相正弦脉宽调制方式  27-30
    2.4.2 简易单极性调制方式应用及优势  30-33
  2.5 本章小结  33-35
第三章非隔离并网逆变器共模漏电流分析  35-53
  3.1 共模漏电流产生原因及抑制原理  35-37
  3.2 单相非隔离光伏逆变器拓扑漏电流比较  37-43
    3.2.1 传统全桥逆变电路  37-41
    3.2.2 直流侧加入旁路开关的全桥拓扑  41-42
    3.2.3 交流侧加入续流回路的全桥拓扑  42-43
  3.3 基于全桥逆变电路的漏电流解决方案  43-51
    3.3.1 漏电流抑制原理  43-47
    3.3.2 电路参数设计  47-49
    3.3.3 仿真及分析  49-51
  3.4 本章小结  51-53
第四章系统硬件设计  53-67
  4.1 功率主电路设计与选型  53-55
  4.2 主要无源器件设计  55-60
    4.2.1 Boost电感  55-56
    4.2.2 Boost输入电容  56-57
    4.2.3 母线支撑电容  57-59
    4.2.4 并网滤波电感  59-60
  4.3 辅助硬件电路设计  60-66
    4.3.1 IGBT驱动设计  60-62
    4.3.2 MOSFET驱动设计  62-63
    4.3.3 采样电路设计  63-65
    4.3.4 硬件保护电路设计  65-66
  4.4 本章小结  66-67
第五章系统软件设计  67-79
  5.1 DSP控制系统设计  67-71
    5.1.1 DSP 28335的开发与应用  67-68
    5.1.2 程序架构及流程图  68-71
  5.2 MPPT原理及算法实现  71-76
    5.2.1 电池板模型  71-73
    5.2.2 基于变步长扰动观测法的MPPT实现与改进  73-76
    5.2.3 两级协同MPPT控制  76
  5.3 系统启动状态说明  76-77
  5.4 本章小结  77-79
第六章实验结果分析  79-89
  6.1 试验平台概述  79-80
  6.2 单级运行模式  80-84
    6.2.1 并网电流谐波测试  80-82
    6.2.2 效率测试  82
    6.2.3 MPPT测试  82-84
  6.3 双级运行模式  84-86
    6.3.1 并网电流谐波测试  84-85
    6.3.2 效率测试  85
    6.3.3 MPPT测试  85-86
  6.4 共模漏电流实验  86-88
  6.5 本章小结  88-89
第七章结论  89-91
参考文献  91-93
作者简历  93-97
学位论文数据集  97

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