基于多电平技术的无隔离变压器光伏发电系统研究与设计

论文摘要

在能源和环境问题日益严重的今天,太阳能以其无污染、无噪音、分布广泛等优势越来越受到人们的关注。目前大多数的光伏并网发电系统都含有隔离变压器,而隔离变压器较大的损耗无疑降低了整个系统的效率,并且变压器体积较大,造价较高。因此无隔离变压器的系统结构是光伏发电系统的发展趋势之一。但是由于移除了隔离变压器,无隔离变压器光伏发电系统存在着漏电电流问题。本文研究了一种基于混合箝位型多电平无隔离变压器光伏发电系统。该系统不仅解决了无隔离变压器光伏发电系统中的漏电电流问题,而且由于其采用的是三电平逆变器,因此谐波较少,对滤波设备要求较低,从而进一步减小了系统的损耗,降低了系统的造价,提高了系统的整体效率。与二极管箝位型光伏发电系统相比,本文研究的混合箝位型三电平光伏发电系统易于解决直流侧电容电压不平衡问题,大大降低了控制策略的复杂性,有利于电平级数的扩展。本文第一章介绍了太阳能光伏发电技术的国内外发展状况,介绍了课题的研究背景和意义,第二章对目前国际上应用于无隔离变压器光伏发电系统的各种电路拓扑结构从理论上进行了详细的分析和比较,并研究基于混合箝位型无隔离变压器光伏发电系统这种新型拓扑结构。第三章详细分析了漏电电流产生的原因和影响漏电电流的各种因素,并采用公式法和等效电路法从理论上对本文研究的混合箝位型三电平光伏发电系统漏电电流问题进行分析,两种方法都从理论上证明了混合箝位型三电平光伏发电系统总共模电压是恒定值,因此不存在漏电电流问题。第四章设计并研制了5kVA混合箝位型三电平光伏逆变电源样机。样机在独立运行时采用LC滤波方式,并网时采用LCL滤波方式,并选取和设计了合适的滤波参数。研制了以TI公司的TMS320LF2812DSP为控制芯片的主控板,以三菱公司的M57959L芯片为驱动芯片的驱动板,以及检测电路、过流保护、驱动保护和高温保护等保护电路。随后介绍了DSP软件开发环境,详细分析了载波移相PWM调制子程序的设计和主程序的编写并给出程序流程图,介绍了电压电流双闭环控制策略的原理和设计,并总结了编程的注意事项。进行了基于MATLAB/SIMULINK混合箝位型三电平光伏发电系统仿真,模拟了载波移相法控制策略,采用电压电流双闭环构成了闭环系统,仿真结果验证了理论分析的正确性。并在仿真的基础上,设计并安装运行了5kVA混合箝位型三电平光伏发电系统,并给出实验波形。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳能光伏发电技术及国内外发展概况
• 1.1.1 开发利用太阳能的重要意义
• 1.1.2 太阳能发电的特点
• 1.1.3 我国光伏产业的发展
• 1.2 光伏发电系统的构成、原理与分类
• 1.2.1 光伏发电系统的构成与原理
• 1.2.2 光伏发电系统的分类
• 1.3 本课题的研究背景、选题意义及主要工作
• 1.3.1 本课题的研究背景、选题意义
• 1.3.2 本论文主要工作
• 第二章 无隔离变压器光伏发电系统拓扑结构的选取和设计
• 2.1 无隔离变压器光伏发电系统中各种拓扑结构的优劣比较
• 2.2 多电平变换器拓扑简介
• 2.2.1 二极管箝位型多电平变换器
• 2.2.2 飞跨电容型多电平变换器
• 2.2.3 级联型多电平变换器
• 2.3 基于混合箝位型三电平无隔离变压器光伏发电系统
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于混合箝位型无隔离变压器光伏发电系统中漏电电流分析
• 3.1 漏电电流产生的原因及影响因素
• 3.2 基于混合箝位型无隔离光伏发电系统漏电电流理论分析
• 3.2.1 漏电电流理论分析（公式法）
• 3.2.2 漏电电流理论分析（等效电路法）
• 3.3 基于混合箝位型无隔离光伏发电系统漏电电流仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于混合箝位型三电平光伏逆变器的硬件设计
• 4.1 主电路及滤波器参数设计
• 4.1.1 混合箝位型三电平光伏逆变器主电路硬件设计
• 4.1.2 混合箝位型三电平光伏逆变器输出滤波器的设计
• 4.2 主控芯片及其外围电路设计
• 4.3 驱动电路设计
• 4.4 检测电路设计
• 4.5 保护电路设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于混合箝位型三电平光伏逆变器软件设计
• 5.1 DSP软件开发环境简介
• 5.2 载波移相PWM调制子程序设计分析
• 5.2.1 载波调制PWM控制原理
• 5.2.2 载波移相PWM调制DSP软件的实现
• 5.3 电压电流双闭环反馈控制策略
• 5.4 主程序设计
• 5.5 TMS320F2812的软件设计注意事项
• 5.6 本章小结
• 第六章 仿真模型分析及试验样机调试
• 6.1 混合箝位型三电平光伏发电系统的仿真模型分析
• 6.1.1 混合箝位型三电平光伏发电系统独立运行的仿真模型分析
• 6.1.2 混合箝位型三电平光伏发电系统并网运行的仿真模型分析
• 6.2 试验样机的安装与调试
• 6.3 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文及参与项目
• 学位论文评阅及答辩情况表