太阳能光伏并网逆变器及孤岛检测技术的研究

【摘要】：随着能源危机和由传统能源带来的日益严重的环境污染问题,开发和利用各种可再生能源和绿色能源受到越来越多的重视。太阳能以其取之不尽、用之不竭、清洁无污染的优点受到各国的重视。伴随太阳能电池和电力电子技术的不断进步,光伏发电已不仅是当今能源的一个重要补充,更具备成为未来主要替代能源的潜力。通过光伏并网系统将太阳能转换为电能,然后将电能输送到电网上,是太阳能利用的主要形式。 本文以光伏并网系统为研究对象,对光伏模型及光伏系统特性进行了研究,对其中的光伏阵列最大功率点跟踪方法、集成无功补偿技术的综合控制策略以及并网系统中的孤岛状态检测方法等问题进行了系统深入的研究。通过分析太阳能电池的伏安特性,可以看出太阳能电池具有非线性特性,输出功率受环境温度和光照强度的共同影响。为了使太阳能电池能够最大效率地将太阳能转化为电能,需要对其进行最大功率点跟踪。孤岛检测是光伏发电并网必备的功能,能够快速检测出孤岛状态,同时又尽量减少对电网的不良影响。本文对孤岛效应的含义及相关标准进行了介绍,分析了孤岛效应的产生原因和检测原理,综合常用孤岛检测方法的优缺点,在此基础上提出了给定电流幅值偏移的孤岛检测方法,该方法对电网影响很小,在理论上消除了盲区,实现起来方便简单,效果良好。仿真结果验证了所提的孤岛检测方法的有效性和快速性。本文结合光伏并网系统特性建立了一个包含光伏电池工作电压控制、最大功率点跟踪、无功补偿功能的三相并网系统,仿真结果验证了设计的可行性。 为了简化硬件设计、降低调试成本,本文探索用运放模拟电路来模拟实际的光伏逆变系统。首先分析了运放模拟电路的工作原理,并进行了详细的推导,继而在双电流环逆变器模型的基础上设计由运放模拟电路构成的逆变系统来模拟真实的光伏逆变系统,仿真结果验证了运放模拟电路的可靠性。根据仿真电路设计运放模拟电路原理图并制作PCB电路板,以TMS320F28335控制芯片为主控制器,将DSP控制板与运放模拟电路板相连接,利用CCS studio集成开发环境编写相应的DSP控制算法,对运放模拟电路进行了硬件调试实验,实验结果验证了运放模拟电路的有效性和实用性。 【关键词】：光伏并网系统 孤岛检测 DSP 最大功率点跟踪 运放电路模型
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 符号说明11-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 太阳能资源12-13
• 1.2 世界光伏发电的起源和现状13-14
• 1.3 中国光伏发电的历史和现状14-15
• 1.4 光伏发电中的一些常见问题15-16
• 1.5 光伏并网系统的前景16-17
• 1.6 本文所做的主要工作17-18
• 第2章 光伏并网模型及最大功率点跟踪18-35
• 2.1 建立光伏发电物理模型18-21
• 2.1.1 光伏电池电路模型18
• 2.1.2 光伏电池数学模型18-20
• 2.1.3 光伏电池输出特性20-21
• 2.2 最大功率点跟踪21-24
• 2.2.1 最大功率跟踪的必要性21
• 2.2.2 恒电压跟踪法21-22
• 2.2.3 扰动观察法22-24
• 2.2.4 电导增量法24
• 2.3 基于Boost电路实现最大功率点跟踪24-28
• 2.3.1 基本原理24-27
• 2.3.2 变步长最大功率点跟踪算法27-28
• 2.4 单相锁相环设计28-31
• 2.5 单相双电流环逆变器参数设计31-35
• 第3章 孤岛检测方法及盲区描述35-53
• 3.1 孤岛检测的背景与意义35-36
• 3.2 主动式检测方法原理与仿真36-43
• 3.2.1 有源频率偏移法36-38
• 3.2.2 滑模频率偏移法38-41
• 3.2.3 输出电流幅值扰动法41-42
• 3.2.4 其他方法简介42-43
• 3.3 给定电流幅值偏移的孤岛检测方法43-47
• 3.4 孤岛检测的盲区描述方法47-52
• 3.4.1 盲区分析的必要性47
• 3.4.2 负载基本参数47-48
• 3.4.3 盲区描述坐标系48-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 三相光伏并网系统设计与仿真53-70
• 4.1 三相光伏并网系统结构53-54
• 4.2 LCL滤波器参数设计54-57
• 4.3 系统控制参数设计57-64
• 4.3.1 基本原理57-59
• 4.3.2 直流侧电压控制59-61
• 4.3.3 电压调节器设计61-62
• 4.3.4 电流调节器设计62-63
• 4.3.5 无功补偿模块63-64
• 4.4 系统结构图64-65
• 4.5 仿真与结果65-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第5章 光伏逆变器的运放模拟电路实现70-87
• 5.1 运放模拟电路70-76
• 5.1.1 运放替代主电路的理论推导70-75
• 5.1.2 运放电路与原电路的仿真对比75-76
• 5.2 运放模拟电路板设计76-82
• 5.2.1 模拟信号调理电路76-78
• 5.2.2 过压保护电路78
• 5.2.3 数字锁相环设计78-79
• 5.2.4 运放模拟电路硬件结构图79-82
• 5.3 控制系统与程序初始化设置82-83
• 5.3.1 控制系统简介82
• 5.3.2 初始化程序设计82-83
• 5.4 运放模拟电路孤岛检测实验83-86
• 5.5 本章小结86-87
• 第6章 总结与展望87-89
• 6.1 主要内容总结87-88
• 6.2 进一步工作88-89
• 参考文献89-93
• 致谢93-94
• 在读期间发表论文及参与的科研项目94-95
• 学位论文评阅及答辩情况表95

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于dq变换和正反馈的孤岛效应检测策略    魏明;康强;

带正反馈的主动移频孤岛检测法的参数优化    刘方锐;康勇;张宇;段善旭;

太阳能光伏并网发电系统的研究    王飞,余世杰,苏建徽,沈玉梁

具有无功补偿功能的单级式三相光伏并网系统    吴理博;赵争鸣;刘建政;王健;袁立强;

光伏并网发电系统孤岛检测技术    郭小强;赵清林;邬伟扬;

主动电流扰动法在并网发电系统孤岛检测中的应用    张纯江;郭忠南;孟慧英;刘炜;

一种有效的孤岛检测盲区描述方法    刘芙蓉;康勇;段善旭;王辉;王志峰;

300kW光伏并网系统优化控制与稳定性分析    周德佳;赵争鸣;袁立强;冯博;

滑模频率偏移法的孤岛检测盲区分析    刘芙蓉;王辉;康勇;段善旭;

多机光伏并网逆变器的孤岛检测技术    刘方锐;段善旭;康勇;张宇;

交流系统故障时VSC-HVDC系统的控制与保护策略研究    陈海荣

并网型户用光伏系统的孤岛检测技术研究    刘芙蓉

单相能馈式电力电子负载的研制    孙逢楠

分布式发电系统孤岛效应的研究    姚丹

并网型单相光伏逆变器的研究    张洪亮

三相单级光伏系统并网控制及孤岛保护    陈国强

光伏并网中的孤岛效应研究    褚小莉

光伏并网发电系统之孤岛检测技术研究    薛明雨

太阳能光伏发电双模式逆变器控制策略研究    王彦

柔性交流输电系统重点设备分析    叶海峰,汪翔,张志杰

按不同的补偿目的计算集中补偿电容器容量    高振华;

三相光伏并网发电系统的建模与仿真    陶晓峰;谢君;

三相四线制DSTATCOM的无功补偿装置设计    李彦;

双环模糊调速系统的设计与仿真研究    张春,郭兴众

在负功率下四象限变频器的DTC直接转矩控制的应用    刘春英;朱兵;

电机和电力拖动控制系统课程虚拟实验的开发    汪小平;洪乃刚;范国伟;

电力系统谐波检测技术及DSP实现    杨福猛;袁晓斌;马鑫金;徐伦;

100kW风光互补电站设计    杨帮宇;

变量施药系统电机调速的仿真研究    韦韫;邵陆寿;

基于STM32纯电动汽车电驱控制研究    胡伟明;

基于起停式飞剪矢量控制系统的研究    陈秀;刘勇夫;冀晓童;高扬;徐青;王辉;

采用异步发电机和PWM整流器的42伏汽车发电系统的一种电压控制策略及分析模型    卢子广;谭峙;

无轴承异步电机转子磁场定向控制研究    朱熀秋;李烽;潘伟;孙晓东;

采用爪极同步发电机和PWM整流器的汽车发电系统的高性能控制设计    卢子广;纵葵花;

无轴承永磁薄片电机试验平台及驱动系统设计    朱通;朱熀秋;孙永波;郝晓红;

PWM整流器直接功率控制的新型调制策略    郑征;王聪;赵焕;

变频电源笼型异步电机断条故障诊断仿真研究    罗铭;刘振兴;周恒;张雪;高放英;

基于损耗模型和模糊搜索的异步电机最优效率控制方法    虞正民;颜文俊;包哲静;

基于霍尔元件的永磁同步直线电机伺服控制系统    刘星桥;韩辉;鲍丰亮;

开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究    许爱德

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

SOFC固体氧化物燃料电池分布式发电系统仿真及其潮流计算    刘杨华

考虑分布式发电的配电网综合负荷建模方法研究    钱军

我国太阳能光伏产业投资风险及决策研究    朱震宇

变速恒频风力发电系统故障特性与保护技术研究    撖奥洋

并联型有源电力滤波器谐波检测及控制技术研究    谢斌

LCC-SPRC高压高频大功率电除尘电源的理论分析与功率参数设计    刘军

变频电源供电永磁同步电动机几个关键技术研究    赵国新

光伏发电关键技术及电动汽车充电站可靠性研究    于蓉蓉

基于DSP+FPGA的永磁同步电动机伺服驱动器研究    凌刚

基于软开关PWM技术的光伏逆变器的研究与设计    曹建

用于矿灯充电的独立光伏系统研究    毛娟

太阳能光伏发电单相并网逆变器研究    李本元

立式刨切机机构设计优化    于张喜

小型风机并网逆变器研究    马记

基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究    高圆圆

太阳能LED照明系统控制器的设计    杜守增

电流型Z源逆变器主电路控制策略研究    翟清震

二维转台控制系统    魏光宇

单相PWM整流器主电路参数选择探讨    唐丽丽,郑琼林

人类理想的新能源——太阳能发电    陈幼松

蓄电池的超长时间自动测试系统的研制    陈家胜,柯惟力,陈晓勇,陆家明

PWM整流器的控制器工程化设计方法    熊健,张凯,陈坚

光伏电源最大功率点跟踪控制方法研究    雷元超,陈春根,沈骏,黄跃杰,陈国呈

无功补偿技术在光伏并网发电系统孤岛检测中的应用    禹华军,潘俊民

并网光伏系统最大功率点跟踪控制的一种改进措施及其仿真和实验研究    杨海柱;金新民;

我国中远期石油补充与替代能源发展战略研究    严陆光;陈俊武;周凤起;赵忠贤;翟光明;谢克昌;匡廷云;何祚庥;衣宝廉;吴承康;蔡睿贤;陈勇;白克智;毛宗强;欧阳明高;刘振宇;黄常纲;

我国大规模可再生能源基地与技术的发展研究    严陆光;夏训诚;周凤起;赵忠贤;刘东生;匡廷云;张新时;周孝信;李灿;朱瑞兆;陈勇;白克智;陆天虹;孔力;胡学浩;许洪华;赵黛青;吕绍勤;黄常纲;

热光伏系统基本特征研究    陈雪;韩玉阁;李强;宣益民;

新型直流输电及其相关技术研究    张桂斌

太阳能光伏并网发电系统的研究    赵为

新型直流输电的控制和保护策略研究    刘洪涛

光伏发电系统及其控制的研究    郑诗程

单相光伏并网系统的分析与研究    王飞

有源电力滤波器谐波电流智能测控方法研究    王萍

并联有源电力滤波器实用关键技术的研究    陈仲

新型多端直流输电系统的运行与控制    陈谦

电压型变换器抛物线法电流控制技术研究    王广柱

单相电力电子负载研究与设计    王成智

光伏并网控制方法和系统的研究    汪进进

电能反馈式电子模拟功率负载的研制    劳群芳

可再生能源并网逆变器的研究    汪飞

新型电子负载的研究    丁锐霞

能量回馈型交流电子负载变换器研究    王雷

基于DSP控制的交流电子负载的研究    杨超

能馈式交流电子模拟负载的研究    王亚玲

推进光伏并网发电与建筑结合的应用    高纪庆

户用光伏并网发电系统的研究与设计    郑诗程,丁明,苏建徽,茆美琴

1kW光伏并网逆变器的设计    杨军;金新民;童亦斌;

基于DSP的单相光伏并网逆变器的设计    吴振宇;耿兴华;冯林;赵亮;

并网光伏发电系统励磁涌流抑制方法研究    苏小玲;韩民晓;刘海军;

基于DSP的小功率光伏并网逆变器的设计    杨军;金新民;童亦斌;

基于DSP的小功率光伏并网逆变器的设计    杨军;金新民;童亦斌;

基于PV-IPM的光伏并网逆变器    相海涛;蒋海江;马翠姣;宋高升;

基于DSP的光伏并网逆变器研究    谢子青;

光伏并网多个逆变器并联运行控制及实现    张永生;杨海柱;

不可调度式单相光伏并网装置的平波电容容量的选择    沈玉梁;苏建徽;赵为;余世杰;王斯成;王德邻;

单相光伏并网装置主功率器件单极性安全切换模式    沈玉梁;余世杰;苏建徽;赵为;王斯成;王德邻;

单相光伏并网系统及其反孤岛策略的仿真研究    褚小莉;余晓东;

PI控制算法和预测控制算法在光伏并网发电系统中的应用    赵为;沈玉梁;余世杰;苏建徽;

自主研制的10kW太阳能并网发电系统    于元;张志文;王文静;刘波;

三相光伏并网发电系统的动态仿真    陶晓峰;吴红斌;

单相非隔离型光伏并网逆变器中共模电流抑制的研究    孙龙林;张兴;许颇;赵为;曹仁贤;

基于DSP芯片的多功能光伏并网发电系统    赵为;余世杰;沈玉梁;苏建徽;王斯成;王德邻;

一种三相光伏并网系统的双模运行控制策略    周彦;段善旭;刘飞;殷进军;刘邦银;

基于电压正反馈的逆变器并网孤岛检测技术    林东栋;余晓东;杨益金;

给点儿阳光就“灿烂”    杨朝晖

节能建筑：给点儿阳光就“灿烂”    杨朝晖

呼吁推动光伏建筑一体化    张涛

世界级太阳能发电系统在深圳建成    王明毅

阳光“增色”北京奥运    本报记者 汪红蕾

光伏建筑一体促进节能    本报记者 唐沙

“太阳神”为可持续发展聚能    记者 杨川梅

太阳能电池呼唤政策春风    魏喆

“中国太阳能第一楼”在京运行成功    记者 余方

探访国产太阳能并网光伏电站    本报记者文雯

太阳能光伏并网发电系统的研究    赵为

光伏并网功率调节系统及其控制的研究    汪海宁

基于Z源型逆变器的光伏并网发电系统的研究    许颇

单相光伏并网系统的分析与研究    王飞

电能质量综合调节器（UPQC）及其控制策略研究    张国荣

Z-源变流器关键技术的研究    丁新平

基于Z源网络的三端口光伏系统研究    高志强

PWM整流器及其控制策略的研究    张兴

独立光伏系统中蓄电池管理的研究    欧阳名三

光伏并网控制方法和系统的研究    汪进进

嵌入式网关研究及在光伏并网系统中应用    刘昊钰

LCL型单相光伏并网逆变器控制策略的研究    张小娥

基于DSP+FPGA的三电平光伏并网逆变器控制研究    张军

光伏并网发电系统及其控制策略的研究    李征

单相光伏并网逆变器的研制    张凌

光伏发电系统直流变换器的研究    郭润睿

三相光伏并网系统设计及其控制算法研究    王健

光伏并网逆变器及其仿真研究    吴海涛

三相光伏并网逆变器的研究    刘立强