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无变压器型单相光伏并网逆变器的设计与仿真研究

作　者: 徐自翔
导　师: 王萍
学　校: 天津大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 光伏并网并网逆变器无变压器最大功率点跟踪 MATLAB仿真
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 2次
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内容摘要

随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，开发和利用可再生能源已经提上了世界各国的首要日程。太阳能凭借其储量大、无污染、易获取等几方面的优点一直受到全球的高度关注。太阳能利用方式有很多种，而光伏并网发电最能代表太阳能光伏利用的发展方向，已经逐渐成为光伏发电的主流。并网逆变器作为光伏并网系统的核心部件也得到了广泛的研究。本文以整个单相光伏并网发电系统为研究对象，着重对光伏逆变环节进行分析研究，并从逆变器主电路拓扑结构、共模电流产生原因、系统参数选择、最大功率点跟踪等几个方面做了详细的分析和大量的仿真实验。本文在详细分析了光伏并网发电系统的不同主电路拓扑结构的工作原理和特点的基础上设计了一种适用于小功率低频率光伏并网系统的无变压器型逆变系统，并通过对共模电流产生原因进行分析，提出一种改进的三电平二极管钳位逆变结构作为主电路的拓扑结构。分析了各种常用的最大功率点跟踪的方法后，本文选用了电导增量法作为最大功率算法的基础。并根据一般性改进方法的不足，提出了一种基于功率检测的变步长式电导增量控制方法，最后通过搭建电路仿真模型，并进行仿真实验研究证实了设计的正确性。利用MATLAB/simulink仿真软件，对光伏电池、电压变换、PWM触发等环节分别设计了功能较为完善的仿真模块，通过使用这些模块能够方便快捷的实现各逆变并网环节的仿真实验。最后搭建了完整的仿真系统，得到仿真结果，验证了系统在理论研究中得出的良好特性

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 研究光伏发电的意义  7-9
    1.1.1 可再生能源  7
    1.1.2 世界各国可再生能源的发展状况  7-8
    1.1.3 中国可再生能源发电状况  8-9
    1.1.4 光伏发电是最有前景的绿色能源  9
  1.2 光伏产业和市场发展状况  9-13
    1.2.1 世界光伏产业和市场状况  9
    1.2.2 中国光伏产业和市场状况  9-11
    1.2.3 光伏并网发电  11-12
    1.2.4 光伏并网发电标准  12
    1.2.5 光伏并网发电系统分类  12-13
  1.3 论文主要研究内容  13-15
第二章光伏逆变并网系统总体分  15-24
  2.1 光伏逆变并网系统的组成  15
  2.2 光伏并网逆变器工作原理  15-16
  2.3 并网逆变器的分类  16-18
    2.3.1 低频链逆变器  16-17
    2.3.2 高频链逆变器  17-18
    2.3.3 非隔离型逆变器  18
  2.4 逆变器控制  18-21
    2.4.1 最大功率点跟踪（MPPT）控制  19
    2.4.2 反孤岛效应控制  19
    2.4.3 并网控制  19-21
  2.5 DSP 控制的单相光伏发电并网系统介绍  21-23
  2.6 本章小结  23-24
第三章电压变换环节分析与设计  24-36
  3.1 DC/DC 变换电路设计  24-26
    3.1.1 Boost 电路结构和工作原理  24-25
    3.1.2 Boost 电路实现最大功率跟踪理论基础  25
    3.1.3 Boost 电路中的参数计算  25-26
  3.2 逆变电路分析与设计  26-35
    3.2.1 对共模系统的分析  27-29
    3.2.2 半桥式逆变器的共模分析  29-31
    3.2.3 单相三电平二极管钳位式逆变电路  31-34
    3.2.4 改进的单相三电平二极管钳位式逆变电路  34-35
  3.3 本章小结  35-36
第四章最大功率点跟踪(MPPT)控制研究  36-44
  4.1 最大功率点跟踪(MPPT)控制原理  36-37
  4.2 最大功率跟踪控制算法研究  37-43
    4.2.1 最大功率跟踪控制算法综述  37
    4.2.2 几种常见的 MPPT 算法  37-41
    4.2.3 算法的选择与改进  41-43
  4.4 本章小结  43-44
第五章系统的MATLAB仿真  44-62
  5.1 MATLAB/Simulink 仿真环境简介  44
  5.2 光伏电池模块  44-50
    5.2.1 光伏电池的数学模型与改进  45-46
    5.2.2 光伏电池的仿真模型  46-48
    5.2.3 对光伏电池特性的仿真分析  48-50
  5.3 Boost 升压电路仿真模型与仿真结果  50-52
  5.4 逆变电路仿真模型与仿真结果  52-55
    5.4.1 半桥式逆变电路的仿真  52-54
    5.4.2 三电平二极管钳位逆变电路仿真模型  54-55
  5.5 对逆变电路共模电流的仿真与分析  55-57
  5.6 MPPT 控制电路仿真与分析  57-61
    5.6.1 Simulink 仿真电路图  58-59
    5.6.2 MPPT 仿真结果与分析  59-61
  5.7 本章小结  61-62
第六章总结与展望  62-63
参考文献  63-66
发表论文和参加科研情况说明  66-67
致谢  67

无变压器型单相光伏并网逆变器的设计与仿真研究

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