光伏离网逆变器研制及其PWM控制方法

论文摘要

能源的大量消耗,各国都在加大对可再生能源开发的投入力度,但建立大型的光伏电站或风能电站需要庞大的占地面积和投资,且需要专人维护。中小型的光伏发电设备在离网设备中已有许多应用,如路灯,信号灯,发射机等。本课题拟设计一种光伏离网逆变器及其PWM控制方案,在实际应用过程中,可通过连接MPPT模块直接提供高质量的交流电能。本文设计了光伏离网逆变器的硬件电路,利用无变压器的单相全桥拓扑结构,通过HPWM调制方式,在大幅降低输出波形中的谐波含量的同时降低开关器件上的损耗,改进的滤波器设计方法,综合考虑输出电流纹波和滤波电容的阻抗,在保证输出电压纹波较小的同时,减小了整个滤波器的体积,降低了成本。通过建立离网逆变器的仿真模型,完成了电压有效值闭环控制的参数计算,保证了输出电压具有较高的稳定性和动态响应特性,并采用直流电源供电,针对母线电压出现波动及负载突变等状态对单相离网逆变器的动态响应过程及稳态性能进行测试。通过引入重复控制器,对电压有效值闭环方法进行修正,保证输出电压在过零点时不会出现震荡现象。设计了带MPPT模块光伏离网逆变器的联机实验,对联机系统的启动、母线电压波动等进行测试。采用带有重复控制器的电压有效值闭环光伏离网逆变器的单体功率达到了5kVA。本课题所做仿真和实际电路实验均验证了光伏离网器的可行性,在母线波动和负载突变时,整个系统输出电压是稳定的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 太阳能利用国内外现状
• 1.3 光伏逆变器的国内外研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 光伏离网逆变器及滤波器的硬件设计
• 2.1 引言
• 2.1.1 系统结构框图
• 2.1.2 光伏离网逆变器的技术指标
• 2.2 光伏离网逆变器主电路拓扑结构
• 2.2.1 调制方式的确定
• 2.2.2 主电路拓扑的选择
• 2.2.3 主电路功率器件的选择
• 2.2.4 直流侧电容容量的计算
• 2.2.5 主电路硬件设计
• 2.3 输出滤波器的参数设计
• 2.4 检测电路及保护电路的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 光伏逆变器建模及控制方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 HPWM离网全桥逆变器模型
• 3.2.1 单相离网逆变器开环特性分析
• 3.2.2 单相离网逆变器开环仿真结果及分析
• 3.3 单相离网逆变器控制方法研究
• 3.3.1 电压有效值闭环控制方法
• 3.3.2 控制参数计算
• 3.4 独立模式下实验结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 死区效应及其补偿方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 死区效应及其影响
• 4.2.1 逆变器死区效应机理分析
• 4.2.2 死区效应造成的影响
• 4.3 死区补偿策略的研究
• 4.3.1 死区补偿方法简介
• 4.3.2 典型死区补偿方法比较分析
• 4.3.3 改进的死区补偿方法研究
• 4.4 死区补偿方法的实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 大功率光伏离网逆变器系统设计
• 5.1 引言
• 5.2 光伏离网逆变器联机方案设计
• 5.3 光伏离网逆变器联机控制方案实现
• 5.4 实验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢