高频隔离无中间直流环节光伏并网逆变器研究

作     者：罗浩 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁晖

授予年度：2016年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：高频隔离 无中间直流环节 并网逆变器 脉宽脉位调制 光伏发电 

摘      要：随着环境和能源问题在全球范围内成为焦点,太阳能光伏发电因丰富的能源、先进的发电方式以及具有清洁、绿色环保等优点,得到越来越多的青睐。光伏并网逆变器作为光伏电池与电网之间能量转换的关键设备,成为了光伏发电领域的研究热点。本文重点研究了一种新型高频隔离无中间直流环节光伏并网逆变器和一种新型混合SPWPM控制策略,适用于单相光伏并网发电系统和其他需要四象限运行的应用场合。首先,对隔离型光伏并网逆变器进行了分类研究,分析了各类逆变器的工作特点及其各自的优缺点。针对传统高频隔离逆变器的不足,本文提出了一种无中间直流环节的高频隔离逆变器,详细分析了其在SPWPM控制下,输出交流电流和交流电压在四个象限内的工作模式,并且通过对SPWPM解调过程的分析得出了新型无中间直流环节的等效电路。其次,结合新型高频隔离无中间直流环节并网逆变器在高频控制和工频控制策略下的特点,提出了一种新型混合SPWPM控制策略。该新型控制策略结合工频翻转和高频解调的优势,在减小开关损耗的同时能实现交流电流平滑过零。在变压器前级采用SPWPM控制调制,后级将工频和高频脉冲进行混合控制解调,实现直流输入,交流输出的逆变功能。同时详细分析了基于混合SPWPM控制下高频隔离无中间直流环节光伏并网逆变器的工作原理和系统闭环控制策略。再次,根据对光伏电池原理与输出特性的说明,对比分析了典型的光伏最大功率点跟踪技术(MPPT),得出了各自的优缺点。结合本文研究的新型逆变器与光伏阵列直接相连构成单级式光伏并网逆变器,采用三闭环控制和变步长扰动观察法的MPPT算法,详细分析了系统的控制策略以及高频隔离型单级式光伏MPPT跟踪原理与过程。最后,基于上述的理论分析,本文设计了高频隔离无中间直流环节光伏并网逆变器的软硬件电路,完成了主电路参数计算和控制电路结构的设计,以及实现了包括主程序、中断子程序等软件系统的设计,最终进行了实验平台的搭建及实验验证,给出了实验波形。通过对混合脉冲下输出交流电流和交流电压、开关管端电压、SPWPM调制和解调实验波形的分析,验证了本文提出的理论正确性和控制策略的有效性。