基于Quasi-Z源网络的光伏并网逆变系统的研究

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随着环境污染和能源短缺问题的日渐严重,太阳能是未来能源发展的重点。光伏并网发电是太阳能最重要的开发形式,具有广阔的发展前景。并网逆变器是光伏发电系统的核心器件装置,并网逆变器决定着整个系统的性能,其拓扑结构和控制策略是目前的研究热点。传统的电压或电流型逆变器在实际应用中存在一定的缺陷,特别是拓扑结构上的不足,因此本论文主要分析一种新型拓扑结构的电压型逆变器,Quasi-Z源逆变器。它是通过在传统电压型逆变器中引入Quasi-Z源网络,使得逆变器主电路的直通成为可能,并利用这种直通使电压型Quasi-Z源逆变器成为一种Buck-Boost型的单级式逆变器。该拓扑结构特别适合用于光伏发电等输入电压变化范围较大的场合,尤其是应用在光伏并网系统,获得的并网电流不存在死区,谐波含量少,可靠性能大为提高。   电压型Quasi-Z源逆变器具有多种拓扑结构和控制策略,本文选取一种输入电流连续的电压型Quasi-Z源逆变器作为研究对像,分析了光伏并网系统的整体概况,与Z源逆变器拓扑进行了比较。论文深入分析了电压型Quasi-Z源逆变器的基本工作原理、换流过程、升压原理及非正常工作状态。介绍了光伏电池的工程数学模型,并通过MATLAB/Simulink进行了建模和仿真,讨论了环境因素对光伏电池输出电特性的影响,得到了不同条件下的P-V特性曲线。最大功率点跟踪(MPPT)是光伏发电系统的关键技术,详细分析了几种常用的MPPT算法。然后,针对Quasi-Z源逆变器在调制方式上的独特要求,对SPWM和SVPWM的控制原理和直通零矢量的控制方式进行了研究,并给出了两种DSP实现方法。   本文根据光伏并网的相关技术要求,在模型分析和控制方法研究的基础上设计了三环控制策略:并网电流环、直流母线电压环和直通零矢量环。在确定系统实施方案之后,设计了系统硬件部分:主电路、控制电路、外围检测电路等;以CCS为开发环境,给出了软件的整体设计以及主要中断子程序的设计流程。最后以TMS320F2812芯片为核心,利用其丰富的外围电路和强大的计算能力,搭建了并网逆变系统的实验平台。仿真分析和实验结果证明了Quasi-Z源结构的合理性和控制策略的有效性。
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