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光伏并网逆变器共模电压抑制方法和实验研究

作　者: 文家燕
导　师: 王付胜
学　校: 合肥工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 并网逆变器共模电压抑制 SPWM调制策略电压空间矢量光伏并网技术
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

光伏并网技术是一项伴随人类对新能源不断探索、研发和有效利用过程中催生的新型技术,特别是随着大功率光伏并网逆变器的小型化、模块化、模组化、多功能化和高性能化,以及控制方式的全数字化所带来的高可靠性、良好的鲁棒性、控制的集中性等优点,促使光伏并网逆变器应用到工况时的灵活性和适应性不断增强。为此,学术界和工程界对光伏并网逆变系统展开了多维度的理论和实践研究。作者通过阅读大量国内外文献,就光伏并网逆变器的共模电压问题,开展了一定深度的理论和实践研究。本文主要研究内容可概括如下：(1)基于课题研究背景,对现有三电平并网逆变器的拓扑结构进行了梳理,阐述了共模电压的危害,结合国内外研究现状,选择从控制策略角度实现对并网逆变器共模电压的有效抑制或消除。(2)重点针对NPC三电平并网逆变器拓扑结构,分析了单个NPC三电平逆变器的工作原理和描述了换流过程。介绍了空间适量发生原理,并对控制系统进行了整体设计。(3)以SPWM调制策略为例,对共模电压进行了傅里叶分析,并就同相、反相载波的调制策略下,比较了共模电压的抑制效果。同时介绍了SVPWM调制策略在统一调制算法中的实现过程以及该调制策略下的共模电压。(4)重点分析了两电平和三电平开关状态之间的关系,提出了能够消除NPC三电平并网逆变器共模电压的调制策略,并进行了理论和仿真分析。(5)搭建了6.5KW样机实验平台,并在此平台上对同相载波SPWM、反相载波SPWM、SVPWM、能够消除共模电压的SPWM等四种调制策略进行了实验验证,比较分析了共模电压。实验结果表明不同调制策略对共模电压的抑制或消除存在差异和共性。从而为工程应用提供了一定的参考价值。最后,总结课题研究的不足,提出了未来要进一步研究的方向。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
致谢  12-13
第一章绪论  13-21
  1.1 课题背景及研究意义  13-14
  1.2 三电平变流器拓扑常用结构  14-17
    1.2.1 二极管箝位式三电平逆变器拓扑结构  14-15
    1.2.2 飞跨电容式三电平逆变器拓扑结构  15-16
    1.2.3 全桥级联式三电平逆变器拓扑结构  16
    1.2.4 T型结构三电平变流器拓扑结构  16-17
  1.3 共模电压的定义及危害  17-19
    1.3.1 共模电压的定义  18
    1.3.2 共模电压的危害  18-19
  1.4 国内外研究现状  19-20
  1.5 本文的主要研究内容  20-21
第二章 NPC三电平变流器的拓扑介绍和控制系统设计  21-31
  2.1 引言  21
  2.2 单个二极管箝位式三电平逆变器的工作原理  21-23
  2.3 NPC三电平逆变器换流分析和矢量发生原理  23-27
    2.3.1 三电平逆变器换流分析  23-25
    2.3.2 NPC三电平逆变器空间矢量发生原理  25-27
  2.4 NPC三电平逆变器控制系统设计  27-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章共模电压抑制策略的研究  31-43
  3.1 引言  31-34
    3.1.1 共模电压的傅里叶分析  31-33
    3.1.2 共模电压的抑制策略或方法  33-34
  3.2 同相载波SPWM调制策略及其共模电压抑制效果  34-35
  3.3 反相载波SPWM调制策略及其共模电压抑制效果  35
  3.4 同相载波和反相载波SPWM调制策略的仿真比较  35-37
  3.5 空间矢量PWM(SVPWM)调制策略及其共模电压  37-40
  3.6 SVPWM调制策略下共模电压仿真波形  40-42
  3.7 本章小结  42-43
第4章消除逆变器共模电压的SPWM调制策略  43-50
  4.1 两电平与三电平逆变器共模电压关系剖析  43-44
    4.1.1 两电平逆变器共模电压分析  43-44
    4.1.2 三电平逆变器共模电压分析  44
  4.2 消除三电平逆变器共模电压的SPWM调制策略  44-47
    4.2.1 从两电平到三电平消除共模电压的开关状态分析  44-46
    4.2.2 可消除三电平逆变器共模电压的开关状态分配  46-47
  4.3 消除逆变器共模电压的SPWM仿真结果  47-49
  4.4 本章小结  49-50
第5章 NPC三电平并网逆变器系统设计  50-59
  5.1 系统的构成  50-51
  5.2 主电路设计  51-55
    5.2.1 不可控整流桥模块的选取  51
    5.2.2 全控型功率开关器件的设计  51
    5.2.3 输出滤波电感的设计  51-54
    5.2.4 直流侧电容的设计  54-55
  5.3 DSP+CPLD的总体控制电路  55-58
    5.3.1 硬件电路的组成  55-57
    5.3.2 软件程序流程的设计  57-58
  5.4 本章小结  58-59
第6章仿真平台与实验验证  59-66
  6.1 仿真平台地简要介绍  59
  6.2 实验平台的介绍  59-60
  6.3 实验结果及分析  60-65
    6.3.1 同相和反相载波调制策略下实验波形比较  60-62
    6.3.2 SVPWM调制策略下实验波形  62-63
    6.3.3 消除共模电压的SPWM调制策略下实验波形  63-65
  6.4 本章小结  65-66
第7章总结和展望  66-68
  7.1 总结  66-67
  7.2 展望  67-68
参考文献  68-72
攻读硕士学位期间发表的论文  72

光伏并网逆变器共模电压抑制方法和实验研究

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