级联多模态光伏并网逆变器及其控制研究

摘要

随着科学技术的发展与进步，人类社会的物质生活得到极大的丰富，对能源的需求也越来越高。在能源结构中，可再生能源的比例持续升高，而在诸多可再生能源中，太阳能由于其来源广泛、储量丰富、绿色清洁、不受地域环境限制等诸多优点，发展尤为迅速。光伏发电是利用太阳能的重要手段，但光伏并网发电系统也给电网带来了谐波污染。逆变器作为电能转换的核心器件，对光伏发电系统的效率、稳定性及输出电能质量起着至关重要的作用。将多电平逆变器引入光伏发电系统中，可以有效地提高输出波形质量，减少谐波污染。 受到自然环境的影响，光伏电源的输出功率会在较大范围内波动。尽可能的拓宽光伏发电系统的可并网范围，对提升光伏发电系统的效率有重要意义。为改善输出波形质量，降低系统整体损耗，拓宽光伏发电系统的并网范围，本文提出了一种具有多种输出模态的多电平光伏并网逆变器。逆变器可以根据实际工况的需求，改变其拓扑结构，工作在九电平、五电平或三电平模态，达到优化输出波形质量，降低整体损耗的效果。 首先，本文提出一种级联型多模态光伏并网逆变器的拓扑结构，首先对三种模态的工作原理进行分析，针对不同的模态给出各自的SPWM调制策略，并进行电容电压自平衡分析。其次，对级联型多模态光伏并网逆变器三种模态的损耗以及并网电流THD进行建模分析和计算，并进行举例分析和作图比较。然后，提出逆变器的整体控制策略，基于MATLAB/Simulink平台上搭建仿真模型进行仿真研究，分析逆变器的稳态性能和动态性能。最后，在实验室环境下搭建实验样机，证明本文所提拓扑、调制策略以及控制策略的正确性和有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的背景及研究意义

1.2 光伏发电系统概述

1.2.1 光伏发电系统分类

1.2.2 光伏发电系统的并网结构分类

1.3 多电平逆变技术研究现状

1.3.1 多电平逆变器经典拓扑结构

1.3.2 多电平逆变器的常用调制策略

1.3.3 逆变器损耗优化研究

1.4 本文主要研究内容

2 级联型多模态逆变器工作原理分析

2.1 引言

2.2 逆变器电路拓扑结构

2.2.1 直流侧钳位型H桥五电平逆变器拓扑

2.2.2 级联型多模态逆变器电路拓扑

2.3 多模态逆变器的工作模态与调制策略

2.3.1 九电平工作模态分析与调制

2.3.2 五电平工作模态分析与调制

2.3.2 三电平工作模态分析与调制

2.4 直流侧电容电压平衡分析

2.5 本章小结

3 多模态逆变器输出特性建模及计算

3.1 引言

3.2 逆变器损耗建模

3.2.1 九电平模态下的损耗建模

3.2.2 五电平模态下的损耗建模

3.2.3 三电平模态下的损耗建模

3.3 逆变器THD建模

3.3.1 九电平模态下的THD建模

3.3.2 五电平模态下的THD建模

3.3.3 三电平模态下的THD建模

3.4 实例分析

3.4.1 逆变器损耗实例分析

3.4.2 电流THD实例分析

3.5 本章小结

4 多模态光伏并网逆变器控制策略、仿真及实验

4.1 引言

4.2 逆变器总体控制策略

4.3 仿真及其结果分析

4.3.1 逆变器稳态性能仿真

4.3.2 逆变器动态性能仿真

4.4 实验及其结果分析

4.4.1 逆变器稳态性能实验结果

4.4.2 逆变器动态性能实验结果

4.5 本章小结

5 结论及展望

参考文献

个人简历、在校期间发表的学术论文

致谢