目录
第一章绪论 (1)
1.1 研究背景 (1)
1.2 我国光伏发电产业背景与BIPV技术 (1)
1.2.1 我国光伏发电的发展及现状 (1)
1.2.2 光伏建筑一体化的发展 (2)
1.3 国内光伏并网逆变器的发展 (4)
1.3.1 国内光伏逆变器市场现状 (4)
1.3.2光伏并网逆变器的结构 (5)
1.3.3光伏并网逆变器的控制技术 (6)
1.4 Z源逆变器在光伏系统中的应用 (8)
1.4.1传统电压型逆变器的局限性 (8)
1.4.2 Z源逆变器的提出 (9)
1.4.3 Z源逆变器的控制策略 (11)
1.5 本文主要研究内容 (11)
第二章 Z源并网逆变器的建模与参数设计 (13)
2.1 Z源网络升压原理 (13)
2.2 Z源逆变器的基本调制方式 (15)
2.3 基于状态空间平均法的Z源网络建模 (17)
2.4 单相光伏Z源并网逆变器参数设计 (21)
2.4.1 Z源网络电容的参数计算 (21)
2.4.2 Z源网络电感的参数计算 (22)
2.4.3并网电感的参数计算 (24)
2.4.4 滤波网络的参数计算 (25)
2.5 本章小结 (27)
VI
第三章单相Z源光伏并网逆变器的控制 (28)
3.1 最大功率跟踪 (29)
3.2 直流电压控制 (33)
3.2.1 Z源网络电容电压控制 (33)
3.2.2串联超前校正设计 (34)
3.3 并网控制 (37)
3.3.1 并网电流控制 (37)
3.3.2 准PR控制器的设计 (38)
3.3.3 单周期电容电压调节法 (40)
3.4 仿真结果 (42)
3.4 本章小结 (46)
第四章单相Z源光伏并网逆变器的设计 (47)
4.1 系统概述 (47)
4.2 硬件电路设计 (48)
4.2.1 功率电路设计 (49)
4.2.2 信号电路设计 (50)
4.2.3 驱动电路设计 (52)
4.2.4 DSP控制器设计 (54)
4.2.5 辅助电路设计 (54)
4.3软件设计 (55)
4.3.1 软件系统的结构 (55)
4.3.2 主程序设计 (56)
4.3.3 中断程序设计 (57)
4.4 实验结果及分析 (58)
4.5 本章小结 (60)
第五章总结与展望 (61)
5.1总结 (61)
VII
5.2 展望 (62)
参考文献 (63)
附录 (66)
致谢 (74)
攻读学位期间发表的学术论文目录及成果 (75)
VIII
图录
图1-1 我国近年新增光伏发电装机容量 (2)
图1-2光伏建筑一体化在上海世博会的应用 (3)
图1-3 国内主要逆变器生产厂商 (4)
图1-4 近三年平均价格走势图 (5)
图1-5 近三年成本结构图 (5)
图1-6光伏并网发电系统结构图 (5)
图1-7 滞环PWM电流控制原理 (7)
图1-8 输出电流波形 (7)
图1-9 固定开关频率电流控制 (8)
图1-10单相电压型全桥并网逆变拓扑 (9)
图1-11单相Z源并网逆变拓扑 (10)
图2-1 单相Z源光伏并网逆变器拓扑 (13)
图2-2 Z源网络的两种工作状态等效电路 (14)
图2-3 单极性互补SPWM调制 (16)
图2-4 Z源网络SPWM调制 (16)
图2-5 Z源网络的两种等效电路图 (17)
图2-6 Z源网络模型仿真 (21)
图2-7 Z源网络电容电压的纹波 (22)
图2-8 并网逆变器输出矢量关系图 (25)
图2-9 LCL滤波电路结构 (26)
图3-1 单相Z源光伏并网逆变器控制结构 (28)
图3-2 恒定电压跟踪法原理图 (30)
图3-3 扰动观察法原理图 (31)
图3-4 算法控制图 (32)
图3-5 Z源网络控制结构 (33)
图3-6 Z源网络的开环波特图 (34)
图3-7 增益调整后的开环波特图 (35)
图3-8 加入超前校正装置后的频域特性 (36)
IX
图3-9 并网控制系统结构 (37)
图3-10并网电流原理框图 (37)
图3-11 k r变化时的波特图 (39)
图3-12 w c变化时的波特图 (39)
图3-13 k p变化时的谐波阻抗图 (40)
图3-14 k p变化时的系统根轨迹图 (40)
图3-15 Z源电容电压变化调节图 (41)
图3-16系统仿真图 (43)
图3-17逆变器仿真输出波形 (43)
图3-18仿真输出电压波形FFT分析 (44)
图3-19仿真输出电流波形FFT分析 (44)
图3-20 Z源网络仿真输出电压 (45)
图3-21仿真时的直通占空比 (45)
图3-22 Z源网络仿真电容电压 (46)
图3-23 H桥驱动波形图 (46)
图4-1单相Z源光伏并网逆变系统结构图 (47)
图4-2系统结构图 (48)
图4-3功率电路实物图 (50)
图4-4电压采样和电流采样 (51)
图4-5电压和电流调理电路 (51)
图4-6驱动信号电路 (52)
图4-7电网电压同步信号电路 (52)
图4-8驱动电路与DSP控制器 (53)
图4-9 KA962F外形图 (53)
图4-10 KA962F应用图 (54)
图4-11基准电压电路途 (55)
图4-12过温保护电路图 (55)
图4-13软件系统框图 (56)
图4-14主程序流程图 (57)
图4-15中断程序流程图 (58)
图4-16样机实验平台 (59)
图4-17电网电压和并网电流的实验波形 (59)
X
图4-18 Z源网络输出电压实验波形图 (60)
图4-19 Z源网络电容电压实验波形图 (60)
XI
第一章绪论
1.1 研究背景
日益加剧的环境污染问题以及传统化石能源的日益枯竭使得能源问题成为社会发展的重要制约因素。开发和利用清洁的可再生能源成为了时代发展的紧迫需要[1]。太阳能相对于传统的化石能源，具有储量丰富、清洁无污染、不需要运输的特点，受到了业界的广泛关注[2]。中国国内的能源储备总量相对匮乏，而且中国每年的能源消耗都十分巨大，因此能源紧缺问题将会对威胁到我国未来的经济发展。我国大部分地区拥有着较为丰富的太阳能资源，发展光伏产业将成为维护社会经济健康发展，确保能源战略安全，缓解我国资源压力的必然选择[3-4]。
电力电子变流器技术属于光伏发电系统的重要的组成部分。变流器技术中的逆变技术，可以实现电能从直流形式至交流形式的变换功能，适用于太阳能发电及燃料电池发电等领域[5]。研究人员对逆变器的要求为能够适应电源特性，具有较高的可靠性和能量转换效率，同时逆变器自身成本相对低廉。逆变技术以追求更卓越的性能为目标，不断地发展和完善。
为了克服传统桥式逆变结构所具有的一些拓扑局限性，近年来研究者提出了一种新的Z源逆变拓扑结构[6]。Z源逆变拓扑较传统桥式逆变拓扑，在可靠性、效率和波形质量上都有所改进，其特性还适用于直流电压波动范围大的电源，比如太阳能电池和燃料电池[7]。随着国内外研究人员不断地对其拓扑结构与控制方式进行更加深入的研究，基于Z源网络结构的新拓扑、控制方式和新应用方案相继被提出。与传统逆变器相比较，Z 源逆变器具有很多新特点和实际应用价值，其在光伏并网系统中的研究应用价值十分巨大[8]。
1.2 我国光伏发电产业背景与BIPV技术
1.2.1 我国光伏发电的发展及现状
20世纪90年代以后，随着太阳能电池在农村电气化的实际应用与工业领域生产成本的不断降低，中国光伏发电产业开始迅速发展。国家与地方政府相应地推出
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