單相雙級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浼捌淇刂撇呗匝芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-10-29 23:54
單相雙級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器以其光伏電壓利用率好、結(jié)構(gòu)高效且裝機(jī)配置靈活等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。但傳統(tǒng)的單相雙級(jí)并網(wǎng)逆變器拓?fù)涫峭ㄟ^Boost前級(jí)來控制直流母線電壓恒定,輸入電壓實(shí)際上經(jīng)歷了先升壓后降壓的變換過程,會(huì)產(chǎn)生額外的開關(guān)損耗。因此,該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的理論效率并未最大化。針對(duì)分布式發(fā)電系統(tǒng)高效性的需求,本文以單相雙級(jí)并網(wǎng)逆變系統(tǒng)為研究對(duì)象,從結(jié)構(gòu)優(yōu)化和效率提升兩方面改善雙級(jí)并網(wǎng)逆變器的拓?fù)洹Ｔ诖烁倪M(jìn)拓?fù)涞南到y(tǒng)平臺(tái)下,從小信號(hào)線性化模型、帶直接電流控制器的非線性模型以及非線性開關(guān)狀態(tài)模型三個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)電流控制策略展開研究。本文首先針對(duì)直流母線電壓恒定的雙級(jí)并網(wǎng)逆變器拓?fù)渲行饰醋畲蠡瘑栴},并結(jié)合已有雙級(jí)并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征,從功率器件選擇、橋臂結(jié)構(gòu)演變和縮短電流回路路徑等方面優(yōu)化現(xiàn)有拓?fù)?給出了一種高效的Boost-Buck雙模式切換的雙級(jí)并網(wǎng)逆變器拓?fù)?給出了改進(jìn)拓?fù)渲麟娐分嘘P(guān)鍵器件的參數(shù)設(shè)計(jì)方式;在此基礎(chǔ)上,分別對(duì)母線電壓恒定的傳統(tǒng)拓?fù)浜虰oost-Buck雙模式分時(shí)控制的改進(jìn)拓?fù)渲邪雽?dǎo)體功率器件和儲(chǔ)能器件的損耗進(jìn)行理論分析和對(duì)比,損耗計(jì)算結(jié)果表明改進(jìn)后拓?fù)湓谡麢C(jī)效率上可提升近1.8%,而且開關(guān)頻率越高,改進(jìn)拓?fù)涓咝詢?yōu)勢(shì)越明顯。工程樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)拓?fù)涞目尚行院驮谡麢C(jī)效率上的優(yōu)越性。然后,為得到可適用于改進(jìn)拓?fù)涞碾娏骺刂撇呗?本文搭建了系統(tǒng)小信號(hào)線性化模型。輸出濾波電感電流與Boost占空比之間的小信號(hào)傳遞函數(shù)的幅相特性表明,在傳統(tǒng)直接電流控制下Boost變換器難以對(duì)輸出電流實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。通過引入Boost電感電流作為次目標(biāo)電流,給出了Boost-Buck混合電流控制方式。為解決獨(dú)立載波調(diào)制過程中Boost和Buck高頻開關(guān)相互切換時(shí)能量振蕩導(dǎo)致波形畸變的問題,提出了基于雙載波交疊的Boost-Buck混合電流控制策略。物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Boost-Buck混合電流控制策略的可行性,雙載波交疊的設(shè)計(jì)方式以較小的開關(guān)損耗為代價(jià)有效地抑制了Boost和Buck高頻功率開關(guān)雙模式切換時(shí)產(chǎn)生的波形畸變。進(jìn)一步地,通過對(duì)基于傳統(tǒng)直接電流控制的非線性數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值仿真求解,給出了以光伏輸入電壓為分岔參數(shù)的慢變和快變尺度分岔圖,分析表明Boost變換器控制上的不穩(wěn)定現(xiàn)象實(shí)質(zhì)為一種非線性的混沌現(xiàn)象。為抑制混沌電流中非規(guī)則的波形,通過在目標(biāo)參考電流上施加一定幅度且具有最優(yōu)擾動(dòng)相位的共振正弦信號(hào),增強(qiáng)混沌信號(hào)中較弱的周期成分,抵消較強(qiáng)的周期成分,使系統(tǒng)回到穩(wěn)定的周期軌道上。另一方面,提出了兩種狀態(tài)關(guān)聯(lián)優(yōu)化的混沌抑制方法,通過優(yōu)化耦合系數(shù)改變狀態(tài)變量之間的關(guān)聯(lián)性使原本在混沌區(qū)域的狀態(tài)變量向有序穩(wěn)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在具體的輸入?yún)?shù)下所提出的混沌行為抑制方法的有效性。最后,針對(duì)改進(jìn)拓?fù)渲蠦oost和Buck高頻功率開關(guān)的協(xié)調(diào)同步控制和動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化的問題,搭建了基于有限開關(guān)控制集的非線性開關(guān)狀態(tài)數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)出了離散化的電流預(yù)測(cè)模型并建立以直流母線電壓和輸出濾波電感電流為目標(biāo)的評(píng)價(jià)函數(shù)。通過設(shè)置權(quán)重因子、計(jì)算狀態(tài)變量的預(yù)測(cè)值和目標(biāo)評(píng)價(jià)函數(shù)的尋優(yōu),得到接近理想控制目標(biāo)的功率開關(guān)狀態(tài)控制量。最終的仿真分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了有限控制集的模型預(yù)測(cè)電流控制方法在Boost-Buck雙級(jí)并網(wǎng)逆變器同步控制上的有效性和適用性。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM464
【部分圖文】：
(a) BHB-II 型功率開關(guān) PWM 實(shí)驗(yàn)波形 圖 2.13 母線電壓恒定和雙模式分時(shí)切(a) BHB-II 型電壓電流實(shí)驗(yàn)波形 圖 2.14 母線電壓恒定和雙模式切換控在不同輸入電壓條件下（150V~500V換控制的雙級(jí)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行整機(jī)效率測(cè)3kW 額定輸出功率下進(jìn)行 6 次測(cè)量，測(cè)量可知，雙模式切換的 BHB-IV 型雙級(jí)并網(wǎng)
感電流iLf的實(shí)驗(yàn)波形如圖2.14所示，BHB-II的母線電壓穩(wěn)定控制在380V，而BHB-IV的母線電壓波形為部分正弦，當(dāng)電網(wǎng)電壓絕對(duì)值|vg|小于輸入電壓 vin時(shí)，母線電壓 vdc基本與輸入電壓 vin相等，當(dāng)電網(wǎng)電壓絕對(duì)值|vg|大于輸入電壓 vin時(shí)，母線電壓帶一定包絡(luò)的正弦波頭，a、b 點(diǎn)間輸出電壓也呈現(xiàn)多臺(tái)階特征。BHB-II 的 Boost 電感電流為 100Hz 的類正弦波；而 BHB-VI 型逆變器由于旁路二極管 Db1的作用
華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文其計(jì)算公式如下：10% 20% 30% 50% 75% 100%0.04 0.05 0.12 0.21 0.53 0.05CEC (2-37)5% 10% 20% 30% 50% 100%0.03 0.06 0.13 0.1 0.48 0.2EU (2-38)其中，ηx%為逆變器工作在 x%的額定功率情況下的效率。
【參考文獻(xiàn)】
相關(guān)期刊論文 前3條
1 楊曉光;姜龍斌;馮俊博;汪友華;;一種新型高效無變壓器型單相光伏逆變器[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2015年08期
2 王強(qiáng);張化光;褚恩輝;劉秀翀;侯利民;;軟開關(guān)PWM逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及效率分析[J];電機(jī)與控制學(xué)報(bào);2009年03期
3 洪峰;單任仲;王慧貞;嚴(yán)仰光;;一種逆變器損耗分析與計(jì)算的新方法[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2008年15期
本文編號(hào)：2861654
本文鏈接：http://www.sikaile.net/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2861654.html
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM464
【部分圖文】：
(a) BHB-II 型功率開關(guān) PWM 實(shí)驗(yàn)波形 圖 2.13 母線電壓恒定和雙模式分時(shí)切(a) BHB-II 型電壓電流實(shí)驗(yàn)波形 圖 2.14 母線電壓恒定和雙模式切換控在不同輸入電壓條件下（150V~500V換控制的雙級(jí)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行整機(jī)效率測(cè)3kW 額定輸出功率下進(jìn)行 6 次測(cè)量，測(cè)量可知，雙模式切換的 BHB-IV 型雙級(jí)并網(wǎng)
感電流iLf的實(shí)驗(yàn)波形如圖2.14所示，BHB-II的母線電壓穩(wěn)定控制在380V，而BHB-IV的母線電壓波形為部分正弦，當(dāng)電網(wǎng)電壓絕對(duì)值|vg|小于輸入電壓 vin時(shí)，母線電壓 vdc基本與輸入電壓 vin相等，當(dāng)電網(wǎng)電壓絕對(duì)值|vg|大于輸入電壓 vin時(shí)，母線電壓帶一定包絡(luò)的正弦波頭，a、b 點(diǎn)間輸出電壓也呈現(xiàn)多臺(tái)階特征。BHB-II 的 Boost 電感電流為 100Hz 的類正弦波；而 BHB-VI 型逆變器由于旁路二極管 Db1的作用
華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文其計(jì)算公式如下：10% 20% 30% 50% 75% 100%0.04 0.05 0.12 0.21 0.53 0.05CEC (2-37)5% 10% 20% 30% 50% 100%0.03 0.06 0.13 0.1 0.48 0.2EU (2-38)其中，ηx%為逆變器工作在 x%的額定功率情況下的效率。
【參考文獻(xiàn)】
相關(guān)期刊論文 前3條
1 楊曉光;姜龍斌;馮俊博;汪友華;;一種新型高效無變壓器型單相光伏逆變器[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2015年08期
2 王強(qiáng);張化光;褚恩輝;劉秀翀;侯利民;;軟開關(guān)PWM逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及效率分析[J];電機(jī)與控制學(xué)報(bào);2009年03期
3 洪峰;單任仲;王慧貞;嚴(yán)仰光;;一種逆變器損耗分析與計(jì)算的新方法[J];中國電機(jī)工程學(xué)報(bào);2008年15期
本文編號(hào)：2861654
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