基于Z拓?fù)涞墓夥⒕W(wǎng)逆變器研究.pdf

1、近年來(lái),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展能源問(wèn)題日益突出,發(fā)展和利用新能源是當(dāng)前的重中之重。太陽(yáng)能是新能源中最有發(fā)展前途的形式,利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電對(duì)于緩解能源問(wèn)題正在起著越來(lái)越重要的作用。全文從光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的概況進(jìn)行分析,詳細(xì)分析了單級(jí)電壓源型并網(wǎng)逆變器、帶Boost電路的電壓源型逆變器和Z源型逆變器的工作原理,總結(jié)并比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。論文在對(duì)Z源型逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理、波形特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,以狀態(tài)空間平均法對(duì)Z源逆變器分部分進(jìn)行了建

2、模和統(tǒng)一,并在模型的基礎(chǔ)上針對(duì)于其不足提出了統(tǒng)一建模方案。同時(shí)論文詳細(xì)介紹了SPWM和SVPWM的調(diào)制原理以及直通零矢量的控制方法,并介紹了基于本文DSP+FPGA硬件平臺(tái)的單相SVPWM結(jié)合直通分段控制的調(diào)制原理與實(shí)現(xiàn)方法。并以建模結(jié)果和SVPWM為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了多環(huán)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并對(duì)電流內(nèi)環(huán)加入了重復(fù)控制的環(huán)節(jié),有效的減少了并網(wǎng)電流諧波失真,取得了良好的控制效果。最終,以基于DSP+FPGA控制核心的電壓模式Z源型并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

3、進(jìn)行實(shí)驗(yàn),取得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　 1.分析了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的組成及其各部分的作用。介紹了作為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)核心的逆變器主要拓?fù)浼捌鋺?yīng)用,詳細(xì)分析了常用的三種電壓型逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理與特點(diǎn)。重點(diǎn)分析了Z源型逆變器的母線電壓的二次諧波干擾問(wèn)題的產(chǎn)生因?yàn)椤⑽：σ约耙种品椒?。針?duì)這三種電壓型逆變器從開(kāi)關(guān)器件的功率(SDP)、直流側(cè)無(wú)源器件大小、太陽(yáng)能電池陣列輸出電壓和逆變器有源器件電壓等級(jí)、系統(tǒng)效率等方面對(duì)它

4、們進(jìn)行了全面的比較分析,最后總結(jié)了Z源型逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　 2.對(duì)電力電子的常用的建模方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹與總結(jié)。重點(diǎn)介紹了應(yīng)用狀態(tài)空間平均法對(duì)Z源型逆變器分為Z源升壓子電路和逆變橋兩部分分別進(jìn)行建模的方法和建模結(jié)果。在分析此種方法不足的基礎(chǔ)上,提出了一種統(tǒng)一建模的分析方法,并給出具體的建模模型和建模的結(jié)果。
　　 3.介紹了應(yīng)用于逆變器的兩種主要調(diào)制方法SPWM和SVPWM的原理及其生成方法。詳細(xì)分析了針對(duì)于Z源型逆

5、變器的SPWM和SVPWM的直通零矢量的幾種控制方法,分析了幾種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)。最后,針對(duì)于采用傳統(tǒng)的SPWM調(diào)制由于直通零矢量加入所帶來(lái)的開(kāi)關(guān)頻率加倍問(wèn)題,介紹了本文所采用的單相SVPWM的生成原理以及直通分段的直通零矢量控制方法并且詳細(xì)介紹了通過(guò)FPGA生成單相SVPWM的方法。
　　 4.分析了電壓型Z源型逆變器應(yīng)用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制策略。通過(guò)電路結(jié)構(gòu)和控制目標(biāo)將整個(gè)控制系統(tǒng)分為三個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu):并網(wǎng)交流電流內(nèi)環(huán)、母線

6、電壓外環(huán)、MPPT直通零矢量環(huán)。在對(duì)電流內(nèi)環(huán)控制原理分析的基礎(chǔ)上,針對(duì)于Z源型逆變器母線電壓二次諧波的干擾問(wèn)題,提出了針對(duì)于Z源逆變器的結(jié)合重復(fù)控制的電流內(nèi)環(huán)控制方案,以抑制二次諧波的干擾。對(duì)于母線電壓外環(huán)采用檢測(cè)Z源電容電壓與在線計(jì)算直通零矢量相結(jié)合的方式直接對(duì)母線電壓進(jìn)行閉環(huán)控制,從而提高了系統(tǒng)控制的精確度。
　　 5.分析了Z源型并網(wǎng)逆變器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、DSP+FPGA硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)及其協(xié)調(diào)控制策略和仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)

7、設(shè)計(jì)中包括基于DSP+FPGA的控制系統(tǒng)組成與設(shè)計(jì)、Z源型逆變器的主參數(shù)設(shè)計(jì)原則與方法。DSP+FPGA硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)中包括DSP與FPGA的協(xié)調(diào)控制策略、DSP與FPGA的功能框圖。仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括Z源型逆變器中各個(gè)部分的仿真模型建立結(jié)構(gòu)與實(shí)際的仿真模型。
　　 6.以基于DSP+FPGA硬件平臺(tái)的Z源型并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和南開(kāi)大學(xué)示范電站作為基礎(chǔ),對(duì)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析對(duì)比,仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互吻合,驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)