基于光伏发电系统的三电平逆变器研究

摘要

在光伏发电系统中，并网逆变器模块和最大功率跟踪模块是提高光伏并网效率的最具潜力的环节，因此对他们的设计显得尤为重要。三电平逆变器与传统两电平逆变器相比，具有低谐波、控制方式灵活、输出电压和电流相位与幅值便于调节以及逆变效率高等多种优势。目前三电平逆变器作为大功率高容量器件的代表，已经在交流调速、直流输电等工业领域得到应用并具有较好的逆变效果，因此将其应用在太阳能发电技术中，起到提高能源转换效率的重要作用。
　　本文首先选定最适合光伏发电系统且发展较为成熟的二极管钳位式三电平逆变器作为研究的主要对象，并对其逆变器主电路及工作原理进行详细分析。针对二极管钳位式结构带来的中点电位平衡问题展开讨论，对现存的中点电位平衡控制方法进行改进得到新的控制策略，仿真结果证明新策略下的中点电压更趋向于零电位，且电压波动小，为功率开关的工作环境和输出波形的质量提供保证。其次，对太阳能发电技术进行了阐述，介绍了光伏电池的工作原理与电路特性，讨论了传统的最大功率跟踪技术，分析了BOOST电路的电路结构，并通过该电路实现最大功率输出的目的。然后，为了实现逆变器的光伏并网控制，研究了三电平逆变器的动态数学模型，并对其进行坐标变换、解耦，完成双闭环矢量控制器的设计，进而得到并网控制策略。最后，给出整个系统的仿真结构图，利用Matlab/Simulink工具对该并网控制系统进行了仿真，验证本文所采用电路结构与控制策略的正确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 三电平技术的研究背景及发展趋势

1．3 光伏发电系统概述

1．4 三电平技术在光伏并网逆变器中的应用

1．5 论文主要内容

2 三电平逆变器的控制策略

2．1 二极管钳位式三电平逆变器的工作机理

2．2 三电平逆变器的控制方式

2．3 中点电位平衡的控制策略

2．4 仿真比较

2．5 本章小结

3 光伏发电技术

3．1 光伏电池的工作原理和电路特性

3．2 最大功率跟踪技术

3．3 本章小结

4 三电平逆变器光伏并网控制

4．1 光伏并网逆变器简介

4．2 三电平逆变器的数学模型

4．3 状态反馈解耦

4．4 双闭环矢量控制器设计

4．5 本章小结

5 三电平光伏并网逆变系统的仿真研究

5．1 并网逆变控制系统的仿真框图

5．2 并网逆变控制系统的仿真结果

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

攻读硕士期间发表论文

参考文献