输出并联组合型双Cuk逆变器研究毕业论文.docx

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1、输出并联组合型双Cuk逆变器研究毕业论文目录摘要IAbstract错误!未定义书签。第1章绪论11.1 课题背景11.2 背景技术2L3非隔离型单级逆变器研究现状21.2.1 加入无源网络的单级逆变器21.2.2 新型单级逆变器41.4本文研究的主要内容5第2章双电源输入的输出并联组合型双Cuk逆变器72.1 逆变器拓扑72.1.1 Cuk电路基本原理72.1.2 Cuk电路的仿真82.1.3 逆变器的拓扑82.2 双电源输入的输出并联组合型双Cuk逆变器92.2.1 控制方式92.2.2 四种工作模式102.3 参数设计122.4 闭环控制132.4.1 连续工作状态下Cuk型DC/DC变换

2、器的建模132.4.2 闭环控制方式162.5 并网研究162.5.1 并网滤波器162.5.2 并网控制方式182.6 总结19第3章单电源输入的输出并联组合型双Cuk逆变器193.1 工作原理203.2 仿真研究213.3 两种均压措施223.3.1 冗余开关均压法233.3.2 调制波修正均压法243.4 总结24第4章硬件电路设计254.1 主电路参数设计254.1.1 电容设计254.1.2 开关管设计264.2 控制电路设计264.2.1 驱动电路设计264.2.2 信号产生电路设计274.2.3 输出电压检测电路设计29424死区电路设计294.2.5 PI调节器设计304.3

3、总结30第5章仿真分析315.1 PSIM仿真软件简介315.2 开环仿真325.3 闭环仿真345.3.1 电压瞬时值闭环控制方式345.3.2 电流瞬时值闭环控制方式385.4 并网仿真395.5 单电源输入时的均压仿真405.5.1 冗余开关均压法405.5.2 调制波修正均压法415.5.3 两种均压法比较435.6总结43结论错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。附录1错误!未定义书签。附录2错误!未定义书签。附录3错误!未定义书签。附录4错误!未定义书签。附录5错误!未定义书签。第1章绪论第1章绪论1.1课题背景能源是人类经济和文化进步的动力源泉，对于人

4、类来说是必不可少的。尤其是现在，它已经成为全球社会生存和发展的必需品。在目前的能源结构中，人类主要是利用煤和石油等化石燃料。可是，这些化石燃料在地球上的储量是非常有限的，已不能满足人类日益增长的需求。另外，伴随着对能源的过度开发产生的环境问题也日益严重。比如说在煤的开采过程中产生的粉尘，以及煤燃烧的过程中产生的C02、S02等气体将会严重污染环境，使得酸雨和温室效应的现象更为严重。据权威人士预计：全球的平均气温每10年将升高大约约0.2,到2100年时全球的平均气温将升高到13.5,这将会对人类的生存带来极大的威胁。因此，人类将眼光逐渐的投向了可再生能源发电。到目前为止，世界上发展较好又有应用

5、前景的可再生能源包括太阳能、风能等。其中，由于太阳能发电装置具有安装简易、运行成本低、无污染等优点，太阳能已经成为最具有发展潜力的新型的可再生清洁能源。太阳能发电技术发展得很快，目前主要有两种形式：光热利用和光伏发电利用。光热利用具有成本低、效率高、方便等优点，然而能量不利于传输只能就地使用，这就限制了它的应用;光伏发电利用以电能形式为最终的表现形式，具有传输方便、通用性强、可存储等优点，并且制造太阳能电池板的材料硅的储量也很丰富。因此，太阳能发电系统将会在人类的生活中发挥巨大的作用。光伏并网逆变器是将太阳能光伏电池板中的电能通过变换器转换为符合电网规范的交流电再接入电网的装置，在光伏并网系统

6、中起着能量变换及控制的作用。它的结构和性能影响着整个光伏并网系统的安全、稳定、能量转换效率及使用寿命。因此，光伏并网逆变器拓扑结构的研究对光伏并网发电系统的发展有着重要意义。而本文研究的输出并联组合型双Cuk逆变器就是一种既能够升压也能够降压，并且没有隔离变压器的新型单级单相逆变器。第1章绪论L2背景技术与传统的能源相比，可再生能源和新能源发电装置的输出功率具有波动性和随机性的特点，具体表现在它们提供的直流电压的变化范围比较宽。并且对于光伏阵列、燃料电池和小型风力发电机来说，还具有输出电压等级比较低的特点。然而传统的逆变器一般都是Buck型降压变换器结构，其直流侧输入的电压要高于交流侧输出的电

7、压峰值，不能满足可再生能源和新能源发电技术的需要。对此，传统的解决方案有两种，一种是在逆变器的前面加一级DC/DC变换器，以提高逆变器的直流侧输入电压然而级数的增加肯定会降低整体的效率。另一种解决方案是隔离型方案，就是在变换器中入加升压变压器来提高电压等级同时也实现电气隔离，但是变压器的加入也将会增加系统的成本并影响整体的变换效率。显然，能够直接实现可升、降压变换的非隔离单极型方案会更加符合可再生能源和新能源发电技术的需要。1.3非隔离型单级逆变器研究现状构建具有升、降压功能的逆变器有两种思路：一种就是在传统的桥式电路前面加入无源网络结构；另一种是将具有升、降压功能的DC/DC电路进行组合而成

8、。下面就对这两种方式进行介绍。1.3.1 加入无源网络的单级逆变器常规的电压型逆变器的直流通道上如果加入了无源阻抗网络，逆变器的工作状态就可以增加，它就具备了升、降压的功能。无源阻抗网络的结构是多种多样的，其中Z源逆变器是最常见的，如图（11）所示。可以看出,该电路是由电感和电容组成的无源阻抗网络（L1=L2, C1=C2）和全桥逆变器构成的。当光伏阵列的电压低于电网电压的峰值时，由于阻抗网络的作用，就可以使S1和S2或者S3和S4两个桥臂直通，从而使Z源逆变器实现升压的功能，此时逆变器工作在Boost的状态；而当光伏阵列的电压高于电网电压的峰值时，Z源逆变器就工作在Buck的状态。所以不论光

9、伏阵列的电压是高于还是低于电网电压的峰值，由该逆变器组成的光伏并网系统都能正常工作。图11 Z源逆变器由于Z源逆变器是仅通过控制桥臂直通零矢量来实现升压目的的，所以，它的升压能力是有限的。另外，阻抗网络中的电感和电容要求对称，该逆变器电路的设计难度无疑就增加了。为此，出现了其他形式的无源阻抗网络结构，如基于耦合电感的无源网络单级逆变器，如图(1-2),通过设计耦合电感网络和控制逆变器桥臂直通的时间来实现升压的目的。该逆变器不要求电感和电容对称，并且电路的参数设计较简单；可以通过控制桥臂直通的时间和改变耦合电感的匝比来控制该逆变器的升压比，增强了它的升压能力和电路设计的灵活性。上述的两种基于无源

10、网络的单级逆变器都可以实现升压功能，但是无源网络本身就会使系统的体积、重量、成本及电路设计的难度增加。另外，由于在升压模式和降压模式下该逆变器的工作原理不同，数学模型也不统一，因此两种工作模式之间的平滑无缝切换和统一控制策略是此类逆变器亟待解决的技术难题。1.3.2 新型单级逆变器基于无源网络的升降压逆变器的升压能力不足的内在原因在于它采用了电压型桥式逆变器的基本结构。所以要想从根本上解决升降压逆变器的构造问题，必须舍弃电压型桥式逆变器的结构，改用那些本身就具有升、降压能力的DC/DC变换器结构，构造新型的逆变器。新型的逆变器有两种连接方式，即输入并联输出串联的连接方式和输出并联输入串联的连接

11、方式。下面分别介绍这两种连接方式。1 .输出串联单级逆变器输出串联逆变器是按照输入并联输出串联的连接方式进行构建的，构建方式如图(13)所示。像Buck-Boost、Cuk等那些具有升降压功能的变换器都能按照这种方式进行连接，从而构造出具有升降压功能的逆变器。工作时两个DC/DC变换器分别输出带直流偏置并且相位相反的正弦电压，将这两个波形进行合并就得到了正弦波，也可以采用互补的工作方式来实现正弦波输出。/I ri门济；空流,隔I 图1-3输出串联型单级逆变器构建方式输出串联型单级逆变器的升压能力虽然很高，但是这种类型的逆变器没有公共的地线，所以它组建三相系统、并联以及并网的难度就很大，这就限制

12、了它在光伏逆变并网系统中的应用。2 .输出并联型单级逆变器与输入并联输出串联型逆变器对偶的连接方式是输入串联输出并联型逆变器，这种逆变器有它自身的优点，下面就对其进行介绍。输出并联型单级逆变器是利用两个DC/DC变换器通过串联输入和并联输出的连接方式构成的，如图(1-4)所示。它既可以工作在电流半周导通模式下，也可以工作在全周导通的模式下。在电流半周的模式下，每个直流变换器分别工作在半个工频周期，而在电流全周的模式下输出电流是每个直流变换器电流之差。显然半周模式的效率更高，是输出并联型逆变器控制方式的最佳选择。*图14输出并联型逆变器构建方式输出并联型单级逆变器与输出串联型单级逆变器相比，因为

13、它工作在电流半周的导通模式，所以它的开关损耗更小、EMI更低和可靠性更高。除此之外，由于输出并联型单级逆变器采用的是串联输入的方式，所以它具有方便构建三相系统、光伏并网系统以及逆变器并联输出系统等一系列优点。我们可以将这种构建方法运用到具有升降压能力的Cuk电路中，从而构成输出并联型组合型双Cuk逆变器。由于Cuk电路具有很强的升压能力,并且输入输出回路都有电感，因而输出电流连续，并且在光伏并网系统中输出侧的电感又可以当做入网电流滤波器来使用。所以该电路在光伏并网系统中有明显的优势。3 .4本文研究的主要内容本文在仔细分析研究了 Cuk型DC/DC变换器的基础上，提出了输出并联组合型双Cuk逆

14、变器的拓扑，仔细分析研究了它的工作原理，并且采用PSIM仿真软件对其进行仿真。最后得到的结论是该逆变器具有升压、降压5第3章 单电源输入的并联型双Cuk逆变器的功能，是适合于光伏并网发电系统的逆变器。本文中主要研究的内容如下：（1）首先对双电源输入的输出并联组合型双Cuk逆变器工作原理进行了分析，接着分析了它的闭环问题和并网问题。闭环控制时采用了电压瞬时值控制和电流瞬时值控制方式;并网时采用的是电流并网方式。并采用PSIM仿真软件进行了仿真分析。（2）然后对单电源输入的输出并联组合型双Cuk逆变器的工作原理进行了分析，接着分析了它的均压电容分压不均的问题，为此提出了两种解决方案，即冗余开关均压法和调制波修正均压法，并采用并采用PSIM仿真软件进行了仿真分析。（3）接着对该逆变器的硬件电路进行介绍，包括主电路和控制电路的设计过程。（4）最后对全文进行总结。11第2章 双电源输入的并联型双Cuk逆变器本文主要研究的是输出并联组合型双Cuk逆变器，所以本章将详细的介绍输出并联组合型双Cuk逆变器的拓扑结构及工作原理。2.1 逆变器拓扑本节先对Cuk型DC/DC变换器的原理进行分析并且给出它的仿真结果分析，从中得到双Cuk逆变器的拓扑结构，接下来详细的介绍了该逆变器的构成过程。2.1.1 Cuk电路基本原理Cuk型变换器是升降压变换器，它是反转极性的变换器，即输出电压与