基于Z源逆变器的光伏并网系统的研究

论文摘要

光伏并网发电是太阳能光伏发电应用发展的趋势，逆变器是光伏并网发电系统核心部件之一，由于传统的电压型和电流型逆变器存在着原理上的障碍和局限，因此本论文主要分析一种新型的Z源逆变器，它能够克服传统电压型和电流型逆变器的理论局限。在电压型逆变器中引入Z网络后，使逆变器主电路的直通成为可能，并且可以利用逆变器的直通使Z源逆变器成为一个升压降压型的逆变器。本论文对Z源逆变器的电路拓扑结构、升降压原理以及等效电路进行了详细的分析、通过分析根据不同的研究角度得出了Z源逆变器的优点，然后讨论了阻抗源变换器的各种控制方法，建立SVPWM算法数学模型并进行了仿真，对电路性能进行了验证，最后通过分析计算设计出Z网络，电压电流采样调理电路等。利用最大功率跟踪控制使得太阳能输出功率最大，同时交流电流作为并网电流实时跟踪电网电压的频率和相位。逆变器的并网控制方式采用电压源电流控制方式，并网控制方案采用跟踪实时电流的三角波比较方式，该系统采用TMS320LF2407DSP芯片控制整个并网系统，利用DSP丰富的外围电路和强大的功能实现并网系统的所有控制和保护功能，以DSP为控制核心的光伏并网逆变系统具有可靠性强，工作效率高，稳定性好等优点,其加快了光伏并网发电系统的应用和推广。最后搭建实验电路，通过DSP的控制，验证了系统的可靠性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的实际意义
• 1.3 光伏并网系统的发展历史与趋势
• 1.3.1 国外光伏发电历史及现状
• 1.3.2 国内光伏发电历史及现状
• 1.4 课题主要研究的内容
• 2 Z 源逆变器的提出
• 2.1 传统逆变电路拓扑的理论局限
• 2.1.1 电压型和电流型逆变器拓扑简介
• 2.1.2 电压型和电流型逆变器拓扑的理论局限
• 2.2 新型的Z 源逆变器
• 2.2.1 Z 源逆变器的提出
• 2.2.2 Z 源逆变器的优点
• 2.3 电压型Z 源逆变器的工作原理
• 2.3.1 电路拓扑结构
• 2.3.2 工作原理
• 2.3.3 电压型Z 源逆变器的升降压原理
• 2.3.4 Z 源逆变器的仿真及结果分析
• 2.4 本系统实现的设计方案
• 2.5 基于Z 源并网逆变器系统控制
• 3 电压型Z 源型逆变器的控制方法
• 3.1 短路零矢量的不同实现方法
• 3.2 Z 源逆变器的各种控制方法
• 3.2.1 按实现短路零矢量的方法不同分类
• 3.2.2 按注入短路零矢量的方法不同分类
• 4 空间矢量调制SVPWM 算法研究
• 4.1 矢量等效原理
• 4.2 建立算法模型及仿真
• 4.2.1 扇区仿真模型的建立
• 4.2.2 相邻两矢量作用时间的确定
• 4.2.3 计算空间矢量比较器切换点
• 4.2.4 输出PWM 信号
• 4.2.5 空间矢量实现流程图及仿真结果分析
• 5 最大功率跟踪方案的确定
• 5.1 最大功率点跟踪技术
• 5.2 MPPT 实现方法介绍
• 5.3 增量电导法算法流程
• 6 基于DSP 的并网控制方案
• 6.1 DSP 介绍
• 6.1.1 DSP 系统的特点
• 6.1.2 主控制芯片介绍
• 6.2 采用DSP 控制的系统结构
• 6.2.1 电流指令的同步
• 6.2.2 调制波的产生
• 6.3 光伏并网的控制目标
• 6.3.1 逆变器的并网控制方式
• 6.3.2 采用电流源输出控制方式
• 6.3.3 直流侧电压的控制
• 6.3.4 PWM 逆变器的控制方案选取
• 6.3.5 实现电压相位检测方法
• 6.4 控制系统软件设计
• 6.4.1 软件设计原则
• 6.4.2 程序的总体设计
• 6.4.3 程序的编制
• 6.4.4 程序的检查和修改
• 6.4.5 程序的调试
• 6.5 软件开发环境
• 6.5.1 集成开发环境
• 6.5.2 程序调试
• 6.6 控制部分软件实现
• 6.6.1 软件程序流程图
• 6.6.2 锁相环的原理与实现
• 6.6.3 频率调整控制算法
• 7 Z 源逆变器样机设计
• 7.1 主电路器件参数选择
• 7.1.1 输入二极管的设计
• 7.1.2 输入侧电容的设计
• 7.1.3 Z 网络中电容的设计
• 7.1.4 Z 网络中电感的设计
• 7.2 采样控制电路设计
• 7.3 功率变换器的IGBT 驱动核心电路
• 8 结论
• 8.1 本文研究工作的总结
• 8.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录