单相级联光伏逆变器的改进型空间矢量调制方法研究

摘要

环境问题和传统化石能源枯竭推动了新能源发展，太阳能作为一种无污染、资源丰富的新能源受到越来越多的关注。相比于其他多电平逆变器，级联型多电平逆变器具有效率高、谐波少、易于模块化等优点。基于这些优势，本文以级联光伏逆变器的并网系统作为研究对象，并研究其调制方法。 本文首先简述了目前的能源形势及光伏发电技术、并网逆变器的控制策略和各种级联逆变器调制方法的工作原理，并总结了各种控制策略的优缺点。然后描述了H桥级联逆变器和最大功率点跟踪(MPPT)技术的工作原理。 单相级联逆变器各单元间往往存在功率不平衡现象，一般的调制方法需要加入功率平衡控制克制这种不平衡，控制直流电压，使控制系统变复杂。针对级联光伏逆变器各单元间功率不平衡，以及各单元直流电压不平衡导致传统载波移相调制方法输出波形质量下降的问题，本文提出了一种改进型空间矢量调制方法。该调制方法将各单元直流电压控制与调制方法结合，在矢量选取过程中考虑了各单元直流电压不平衡的实际情况，不需要另外增加功率平衡控制算法，简化了控制系统。该调制方法在空间矢量调制方法基础上进行改进，提出一种电平数值排序法，缩小最优矢量选取的空间范围，同时在无最优矢量的情况下通过适当扩大最优矢量选取的矢量集合找到次优矢量，从而得到最优矢量组合。改进型空间矢量调制方法不仅可以通过矢量选取使各单元直流侧电压快速跟踪其直流电压指令值，且在各单元直流电压不平衡时保证了输出电压波形质量。 单相级联光伏逆变器采用了双闭环控制策略。电流内环采用的是重复控制，实现了对光伏发电系统无差控制，提高了系统的稳定性能。电压外环是以各单元MPPT模块给出的输出电压指令值与其直流电压采样值的差值总和为输入，采用PI控制，而不再需要功率平衡控制，减少了控制系统的运算量，提高了光伏级联型逆变器的控制稳定性。 最后，本文搭建了一个单相三单元级联光伏逆变器模型，通过各种仿真比较验证了各单元直流电压不同情况时，改进型空间矢量调制方法能够使各单元直流电压快速收敛，同时并保证了输出电压波形质量。

目录

声明

第1 章 引 言

1.1 能源危机与光伏发电

1.2 光伏并网逆变器控制技术研究现状

1.2.1 逆变器的并网电流控制

1.2.2 H桥级联型逆变器直流侧电压控制

1.2.3 最大功率点跟踪控制

1.3 H桥级联型逆变器调制策略

1.3.1 载波PWM调制法

1.3.2 特定谐波消除法

1.3.3 空间矢量调制法

1.4 本文主要研究内容

第2章 级联光伏逆变器的拓扑及工作原理

2.1 H桥级联逆变器

2.1.1 单个H桥逆变单元工作原理

2.1.2 H桥级联型逆变器工作原理

2.2 H桥级联光伏逆变器

2.3 光伏发电系统MPPT技术的基本原理

2.4 本章小结

第3章 级联逆变器改进型空间矢量调制方法

3.1 三相两电平逆变器的SVPWM调制技术

3.1.1 空间矢量定义

3.1.2 空间电压矢量调制法工作原理

3.2 单相级联型逆变器的SVM技术

3.2.1 两单元逆变器SVM技术

3.2.2 三单元级联型逆变器SVM技术

3.2.3 三单元逆变器改进SVM技术

3.2.4 电平数值排序法

3.3 本章小结

第4章 单相级联光伏并网逆变器控制策略

4.1 光伏逆变器的控制策略

4.1.1 电流控制环的设计

4.1.2 电压控制环的设计

4.2 功率平衡控制

4.3 基于改进型SVM调制方法的直流电压控制

4.4 本章小结

第5章 改进型空间矢量调制方法的仿真验证

5.1 单相三单元级联光伏逆变器仿真模型

5.2 改进型SVM调制方法直流电压控制性能仿真

5.3 输出波形质量比较

5.3.1 改进型空间矢量调制方法的输出电压波形

5.3.2 载波移相调制方法的输出电压波形

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录一 攻读硕士学位期间取得的研究成果