基于Z拓撲的光伏并網(wǎng)逆變器研究.pdf

1、近年來,隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展能源問題日益突出,發(fā)展和利用新能源是當前的重中之重。太陽能是新能源中最有發(fā)展前途的形式,利用太陽能進行發(fā)電對于緩解能源問題正在起著越來越重要的作用。全文從光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的概況進行分析,詳細分析了單級電壓源型并網(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,總結并比較了它們的優(yōu)缺點。論文在對Z源型逆變器的拓撲結構、工作原理、波形特性進行分析的基礎上,以狀態(tài)空間平均法對Z源逆變器分部分進行了建

2、模和統(tǒng)一,并在模型的基礎上針對于其不足提出了統(tǒng)一建模方案。同時論文詳細介紹了SPWM和SVPWM的調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硬件平臺的單相SVPWM結合直通分段控制的調制原理與實現(xiàn)方法。并以建模結果和SVPWM為基礎,設計了多環(huán)的控制系統(tǒng)結構。并對電流內環(huán)加入了重復控制的環(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)逆變器實驗平臺

3、進行實驗,取得了良好的實驗結果。主要研究內容包括:
　　 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撲及其應用,詳細分析了常用的三種電壓型逆變器的拓撲結構、工作原理與特點。重點分析了Z源型逆變器的母線電壓的二次諧波干擾問題的產(chǎn)生因為、危害以及抑制方法。針對這三種電壓型逆變器從開關器件的功率(SDP)、直流側無源器件大小、太陽能電池陣列輸出電壓和逆變器有源器件電壓等級、系統(tǒng)效率等方面對它

4、們進行了全面的比較分析,最后總結了Z源型逆變器的優(yōu)缺點。
　　 2.對電力電子的常用的建模方法進行簡單的介紹與總結。重點介紹了應用狀態(tài)空間平均法對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行建模的方法和建模結果。在分析此種方法不足的基礎上,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果。
　　 3.介紹了應用于逆變器的兩種主要調制方法SPWM和SVPWM的原理及其生成方法。詳細分析了針對于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。最后,針對于采用傳統(tǒng)的SPWM調制由于直通零矢量加入所帶來的開關頻率加倍問題,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介紹了通過FPGA生成單相SVPWM的方法。
　　 4.分析了電壓型Z源型逆變器應用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制策略。通過電路結構和控制目標將整個控制系統(tǒng)分為三個閉環(huán)結構:并網(wǎng)交流電流內環(huán)、母線

6、電壓外環(huán)、MPPT直通零矢量環(huán)。在對電流內環(huán)控制原理分析的基礎上,針對于Z源型逆變器母線電壓二次諧波的干擾問題,提出了針對于Z源逆變器的結合重復控制的電流內環(huán)控制方案,以抑制二次諧波的干擾。對于母線電壓外環(huán)采用檢測Z源電容電壓與在線計算直通零矢量相結合的方式直接對母線電壓進行閉環(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)設計、DSP+FPGA硬件平臺設計及其協(xié)調控制策略和仿真系統(tǒng)設計。硬件系統(tǒng)

7、設計中包括基于DSP+FPGA的控制系統(tǒng)組成與設計、Z源型逆變器的主參數(shù)設計原則與方法。DSP+FPGA硬件平臺設計中包括DSP與FPGA的協(xié)調控制策略、DSP與FPGA的功能框圖。仿真系統(tǒng)設計主要包括Z源型逆變器中各個部分的仿真模型建立結構與實際的仿真模型。
　　 6.以基于DSP+FPGA硬件平臺的Z源型并網(wǎng)逆變器實驗平臺和南開大學示范電站作為基礎,對仿真結果與實驗結果進行了分析對比,仿真結果與實驗結果相互吻合,驗證了系統(tǒng)設