基于导抗变换器电流源型高频并网逆变器的研究

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目前,传统的不可再生能源正面临着日益枯竭的趋势,为缓解传统能源供应紧张带来的压力,世界各国都在大力开发利用诸如太阳能、风能、燃料电池等新能源。然而新能源的开发与逆变器的应用有着密不可分的关系,逆变器在如何更好地开发和利用可再生能源以实现节能减排方面起着至关重要的作用。由于太阳能和风能发电效率一般比较低,因此提高逆变器运行效率对新能源的充分利用有实际意义。本文重点研究单相高频环节逆变器,从电路结构出发,提出一种基于导抗变换器的电流源型高频环节并网逆变器,逆变器采用单极性移相SPWM控制策略实现。  本文首先介绍了逆变器的发展历程(低频到高频)和国内外高频逆变器的研究现状,然后列举了几种具有代表性高频环节逆变器的电路结构,分析其优缺点及适用场合,为下文提出基于导抗变换器的电流源型高频环节并网逆变器的电路结构奠定基础。为省去传统电流源型逆变器笨重的储能电感,逆变电路中引入导抗变换器,利用其能够把电压源转变成电流源的功能来简化电路装置。系统前级主电路是高频全桥逆变结构,并采用移相SPWM控制策略,实现三电平逆变控制,进而降低了开关损耗、提高了变换效率、减轻了电路中的电磁干扰,同时还可以精确地产生高频SPWM脉冲。  本文在MATLAB/Simulink软件仿真平台上建立了基于导抗变换器的电流源型高频并网逆变器模型,根据各部分的仿真结果详细分析并推导了逆变器相关数学模型。然后依照逆变器的工作原理,研究了该逆变器的几种工作模态,对系统有更深层次的认识。系统控制部分采用DSP(TMS320F28335)编程实现,主要包括开关管驱动信号的实现、逆变器稳定性控制实现以及并网控制实现。  基于仿真平台建立的逆变系统模型,研制了一台500VA,80VDC/220V,输出频率为50Hz交流电流的实验样机,并通过锁相控制顺利并网。通过仿真和样机实验验证了电流源型高频环节逆变器的主电路拓扑、单极性移相SPWM控制策略及并网模式分析的正确性。实验结果验证了该逆变器作为电流源输出,输出电流波形质量较高,有利于并网控制,从而证明了导抗变换器具有电压源转变为电流源的作用。另外,该实验样机简化了电路结构,滤波装置简单,在实际工程应用中易于实现。
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