一种基于H6桥的单相光伏并网逆变器的研究

摘要

在传统能源短缺和环境日益恶化的大背景下，寻求环保的可再生能源迫在眉睫。太阳能作为一种绿色、储存量足的可再生能源越来越受到关注，其中，光伏并网发电技术是利用太阳能的有效途径之一，而并网逆变器作为光伏并网发电系统的核心部件，其拓扑结构和并网控制技术决定了光伏并网发电系统的发电效率和电能质量。本文采用了一种高效的H6拓扑，解决了传统桥式拓扑用于非隔离系统存在的逆变效率低、共模电流大等问题。
　　本研究主要内容包括：⑴分析了非隔离型单相光伏并网逆变器拓扑普遍存在的寄生电容和直流分量问题。在非隔离型传统桥式拓扑模型的基础之上，详细分析了此类拓扑共模电流产生的机理，得到了抑制共模电流的条件，给出了一种能够有效抑制共模电流的H6逆变拓扑。⑵前级DC-DC电路实现最大功率点跟踪和母线电压稳定，后级H6逆变器实现并网控制功能。结合本系统实际情况，选择L型滤波器，并对L型滤波器参数进行了设计。在电感电流连续模式下，分析了Boost电路的升压原理，为后面的Matlab仿真提供理论基础。⑶对前级部分和后级部分的控制策略进行了独立的设计。针对传统电导增量法存在的“误判”问题，采用了一种基于恒定电压法结合变步长电导增量法的 MPPT控制策略；重点分析了并网电流逆变控制技术，分别探究了 PI控制和PR控制的原理及优缺点，针对两种控制方法的局限性，提出了基于PI+QPR复合并网控制策略，并对控制器进行理论分析，对改善并网电流质量有一定的意义。⑷在Matlab R2016b/Simulink平台上搭建基于H6桥单相光伏并网逆变系统仿真模型，根据控制器所设计的参数，分别对PR控制、PI控制和PI+QPR控制仿真实验，从无静差跟踪能力、抗干扰性和抑制直流分量能力等三个方面性能进行对比，来体现PI+QPR复合控制的优越性，另外，复合控制还具备对电网低次谐波的补偿能力；同时，通过仿真验证了恒定电压法结合变步长电导增量法良好的动态特性。⑸仿真和实验结果表明：基于H6拓扑提出的PI+QPR控制策略不仅可以实现无静差跟踪，而且还可以抑制低频直流分量，有效地减小了并网电流THD，实现了单位功率因数并网。

目录

1绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 国内外光伏并网逆变器发展现状

1.3 光伏逆变器拓扑与控制技术的研究现状

1.4 本文主要工作及章节安排

2光伏并网逆变系统共模电流产生机制及其抑制方法

2.1 光伏并网逆变器的分类和寄生电容

2.2 非隔离型单相并网逆变系统共模电流模型

2.3 一种对称的H6桥单相光伏并网逆变器结构

2.4 本章小结

3基于H6桥逆变系统总体方案设计

3.1 基于H6桥单相光伏并网逆变系统总体设计

3.2 基于H6桥单相光伏并网逆变器数学建模

3.3 滤波器的设计

3.4 前级电路分析

3.5 本章小结

4基于H6桥的单相光伏并网系统控制策略研究

4.1 MPPT技术与并网电流控制技术

4.2 基于PI控制的并网电流控制技术

4.3 基于PR控制的并网电流控制技术

4.4 基于PI+QPR复合控制的并网电流控制技术

4.5 基于H6桥逆变器的Similink控制算法仿真与分析

4.6 本章小结

5基于H6桥光伏并网逆变器的设计

5.1系统的硬件设计

5.2 系统的软件设计

5.3 实验结果和分析

5.4 本章小结

6总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录：控制电路图

攻读学位期间发表的学术论文目录及专利申报

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