单相并网耦合电感型全桥软开关逆变器拓扑及控制策略研究

论文摘要

世界能源危机和环境恶化促使开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展成为人类当前的首要任务。而随着太阳能电池和电力电子技术的不断进步,光伏发电技术和产业不仅是当今能源的一个重要补充,更具备成为未来主要能源的潜力。当前,光伏发电不断向低成本、高效率和高功率密度方向发展,太阳能光伏利用的主要形式将是并网发电系统。本文主要进行了一种单相并网耦合电感型全桥软开关逆变器的研究,在此基础上进行了单相并网硬开关逆变器并网／独立运行时的控制策略研究,并进行了相应的软件设计。主要工作如下：1.详细分析了耦合电感型软开关电路的基本单元拓扑与工作原理。采用Pspice对该软开关逆变器进行了仿真,给出了仿真电路和仿真波形,验证了该软开关逆变器的优越性。2.通过分析比较各种电流控制方式,选择双极性SPWM控制方式来产生逆变器的开关控制信号。逆变器在不同的运行模式下采用不同的控制策略：即当并网运行时,电网决定逆变器的输出电压,逆变器看作电流源,采用电流闭环控制输出电流；独立运行时,逆变器采用电压外环、电流内环双闭环系统控制输出电压。利用MATLAB Simulink对两种运行模式下的单相硬开关逆变器进行了仿真。同时提出种单相软件锁相环使并网输出电流跟踪电网电压,仿真结果显示该锁相坏锁相效果良好。3.进行了数字PID、模数转换ADC、锁相环PLL、最大功率点跟踪MPPT、SPWM软件设计和主程序设计,并给出了软件流程图,最后对并网逆变器样机进行了实验结果分析。本文通过对耦合电感型软开关逆变器的设计与PSPICE仿真,实现了主开关器件的软开关特性,降低了开关损耗,验证了其优越性；通过对并网逆变器并网／独立运行方式的计算机仿真和初步实验,验证了论文所设计的控制策略的合理性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳能光伏发电的背景和优势
• 1.2 太阳能光伏发电系统构成
• 1.3 光伏发电的应用形式
• 1.3.1 独立光伏发电系统
• 1.3.2 并网光伏发电系统
• 1.3.3 混合供电系统
• 1.4 光伏发电产业的国内外现状及其发展
• 1.5 软开关逆变器的提出及其发展
• 1.6 本文所做的主要工作
• 第2章 软开关技术
• 2.1 软开关与硬开关
• 2.2 软开关技术的发展及现状
• 2.2.1 软开关技术的发展
• 2.2.2 软开关技术的现状
• 2.3 软开关电路的分类
• 2.4 软开关逆变器的分类
• 2.5 本章小结
• 第3章 耦合电感型软开关逆变电路拓扑的研究
• 3.1 软开关逆变器电路拓扑的选择
• 3.1.1 软开关电路拓扑的选择
• 3.1.2 滤波器选择
• 3.2 耦合电感型软开关电路的基本单元拓扑与工作原理
• 3.2.1 电路拓扑
• 3.2.2 正周期操作
• 3.2.3 轻载条件下的负周期操作
• 3.2.4 重载条件下的负周期操作
• 3.2.5 周期谐振阶段的等效电路图及参数设计
• 3.3 耦合电感型软开关逆变器的Pspice仿真与结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 光伏并网逆变器控制策略的研究
• 4.1 逆变器输出控制模式
• 4.2 正弦波脉宽调制技术
• 4.3 逆变器并网运行控制策略研究
• 4.3.1 逆变器并网运行电路原理分析
• 4.3.2 LC滤波器参数设计
• 4.3.3 锁相环设计
• 4.3.4 逆变器并网运行时的调节器设计与MATLAB仿真
• 4.4 逆变器独立运行控制策略研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 光伏并网逆变器的软件设计与实验结果分析
• 5.1 数字PID软件设计及程序实现
• 5.1.1 数字PID软件设计
• 5.1.2 数字PID的程序实现
• 5.2 ADC软件设计及程序实现
• 5.2.1 ADC软件设计
• 5.2.2 ADC的程序实现
• 5.3 锁相环软件设计及程序实现
• 5.3.1 锁相环工作原理
• 5.3.2 锁相环软件设计
• 5.3.3 锁相环的程序实现
• 5.4 最大功率点跟踪软件设计
• 5.4.1 功率扰动观察法
• 5.4.2 增量电导法
• 5.5 SPWM软件设计及程序实现
• 5.5.1 SPWM生成原理
• 5.5.2 SPWM软件设计的基本思想
• 5.5.3 SPWM的软件实现
• 5.5.4 SPWM的程序实现
• 5.6 主程序设计
• 5.7 实验结果及分析
• 5.8 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 主要内容总结
• 6.2 进一步工作
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表