拓扑切换型并网逆变器及其在线效率优化技术研究

摘要

目前,可再生能源的并网发电应用在世界范围内得到广泛的关注和重视,由于可再生能源分布广、不稳定、易受环境影响的特点,因此对于并网逆变系统应具有更高的要求,一方面要将可再生能源发出的电能转换为符合电网标准的电能,同时拓宽发电范围,提高发电效率,另一方面改善电能质量,降低谐波和无功污染。因此,关于并网逆变器的拓扑结构、控制策略、效率分析、谐波分析等进行研究,具有重要的理论价值和实际意义。
　　本文针对上述可再生能源发电的特点及问题,提出一种拓扑切换型并网逆变器,以拓宽发电范围、提高逆变系统效率、保证电能质量满足电网标准。针对所提出的拓扑结构,论文重点研究了该逆变系统的工作原理、控制策略,建立了系统的损耗模型、电流THD模型,对拓扑切换型并网逆变系统的性能进行了深入分析。
　　首先分析了拓扑切换型并网逆变器的工作原理,分别对逆变器在两电平和三电平两种模式下的工作特性、SPWM控制策略进行了分析,并提出针对拓扑切换型并网逆变器的载波复用SPWM控制策略,并且为后续分析奠定基础。
　　针对拓扑切换型并网逆变器的两种工作模式,建立了直流电压变化情况下的等效级联型多电平并网逆变器和两电平并网逆变器的开关器件损耗、滤波电感损耗以及总损耗关于直流电压的损耗模型,并进行对比分析;建立不同逆变器的谐波含量关于直流电压和逆变器参数的关系表达式;以两种等效逆变器的损耗模型和THD模型为依据,在全发电范围内,开展满足谐波含量约束的在线拓扑切换的效率优化技术研究。
　　分析了并网逆变器电流闭环控制策略的工作原理,设计了并网逆变器的系统控制方案,将上述在线效率优化技术与准比例谐振并网电流闭环控制策略相结合,在MATLAB仿真环境下,建立系统的仿真模型,对系统性能和控制方案进行仿真验证。
　　搭建了基于DSP+FPGA的并网逆变器实验平台,设计了基于DSP+FPGA的系统实现方案,对提出的拓扑切换型并网逆变器的基本工作原理,载波复用SPWM调制策略,损耗模型及效率优化技术方案进行了实验验证,实验结果进行了性能优化,实验结果证明了拓扑切换型并网逆变器及其控制策略的正确性和可行性。

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第1章 绪 论

1.1课题研究的目的及意义

1.2并网发电系统电能变换技术研究现状

1.3并网逆变器效率优化技术研究现状

1.4并网电流控制策略研究现状

1.5论文的主要研究内容

第2章 拓扑切换型并网逆变器工作原理及分析

2.1引言

2.2基于图论的拓扑切换型并网逆变器工作原理分析

2.3拓扑切换型逆变器载波复用SPWM策略

2.4 本章小结

第3章 拓扑切换型并网逆变器损耗模型与效率优化控制策略研究

3.1引言

3.2 并网直流母线电压条件

3.3拓扑切换型逆变系统损耗模型建立与分析

3.4 网侧电流THD分析

3.5实例分析

3.6基于拓扑切换的效率优化控制策略

3.7本章小结

第4章 拓扑切换型并网逆变系统及性能仿真研究

4.1 电流闭环控制策略及系统总体方案

4.2 基于MATLAB的系统性能仿真研究

4.3 本章小结

第5章 系统软硬件设计及实验研究

5.1 拓扑切换型并网逆变系统硬件结构

5.2 硬件电路设计

5.3 软件设计

5.4 主要实验结果及分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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