光伏并网逆变器关键问题研究

【摘要】：并网逆变器是太阳能发电系统中最重要的能量转换设备,也是系统中最复杂的装置,由于软件的控制方法和硬件设计不到位,相对于光伏发电系统的其他设备,逆变器故障率最高,其控制性能的直接影响到光伏发电系统的经济效率。本文对太阳能并网逆变器最大功率点跟踪控制、三相三电平的中点平衡控制、电网平衡状态下功率控制策略、电网不平衡状态下功率控制策略及漏电流等关键技术进行研究,有助于提高系统的性能和可靠性。论文的主要内容及工作如下:1.介绍了光伏电池的原理和工作特性,分析了两级光伏并网发电系统最大功率跟踪(MPPT)的原理。提出一种电流预测控制的MPPT算法,该算法有利于改善MPPT的快速跟随性能。2.研究了二极管钳位型三电平逆变器,分析了二极管钳位型三电平变换器直流侧中点电位偏移的原因,提出了中点电位的控制策略,有效地将中点电位的波动控制在合理的范围内。3.在电网电压平衡状态下,研究了电网电压定向的矢量控制策略和直接功率控制策略。两种控制策略的都能改善系统的静态和动态性能,直接功率控制策略在动态响应上更有优势。三相电网电压不平衡状态,研究了抑制负序电流、抑制有功功率或无功功率脉动,同时抑制有功和无功功率脉动四种措施,对三相并网逆变器应对电网异常的能力具有参考价值。4.研究了非隔离型光伏并网逆变器漏电流产生的机理和抑制措施,通过增加电平级数来减小共模电压的变化率,通过增加交流旁路电容或增大漏电流回路高频阻抗,可以有效地减小并网逆变器的漏电流。5.研制了20KW三电平三相系统样机,硬件主要设计了系统的主回路、控制回路、采样电路、驱动保护电路等,软件主要设计了系统循环主程序、矢量控制、直接功率控制程序和SVPWM控制等。 【关键词】：光伏并网逆变器 三电平逆变器 模型预测控制 并网控制 电网电压不平衡控制 漏电流
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究背景12
• 1.2 光伏发电的概况12-14
• 1.2.1 世界光伏发电的历史和现状12-13
• 1.2.2 中国光伏发电的发展和趋势13-14
• 1.3 光伏并网逆变器研究现状14-19
• 1.3.1 光伏发电系统14-15
• 1.3.2 光伏并网逆变器结构15-16
• 1.3.3 最大功率点跟踪技术16-17
• 1.3.4 多电平变换器17-18
• 1.3.5 并网变换器控制策略18-19
• 1.3.6 共模电流19
• 1.4 论文主要研究内容19-21
• 参考文献21-24
• 第二章 光伏发电系统的最大功率点追踪24-42
• 2.1 光伏电池24-28
• 2.1.1 单体光伏电池24-27
• 2.1.2 光伏组件及光伏阵列27-28
• 2.2 最大功率跟踪技术分析28-33
• 2.2.1 电导增量法31-32
• 2.2.2 扰动观察法32-33
• 2.3 电流预测控制的变步长最大功率跟踪技术33-40
• 2.3.1 电流预测控制的MPPT原理33-36
• 2.3.2 电流预测控制的变步长MPPT算法实验36-40
• 2.4 小结40
• 参考文献40-42
• 第三章 三相三电平中点平衡控制42-60
• 3.1 二极管钳位型三电平变换器拓扑42-44
• 3.2 三电平SVPWM调制策略44-50
• 3.2.1 三相三电平基本空间矢量45-47
• 3.2.2 参考电压矢量合成47-50
• 3.4 直流中点电位平衡控制策略50-55
• 3.4.1 中点电位不平衡问题50-51
• 3.4.2 基本矢量对中点电位影响51-54
• 3.4.3 中点电位平衡控制策略54-55
• 3.5 仿真分析55-56
• 3.5.1 仿真模型的建立55
• 3.5.2 仿真结果分析55-56
• 3.6 实验及分析56-57
• 3.7 小结57-58
• 参考文献58-60
• 第四章 并网逆变器的控制策略60-82
• 4.1 三相并网逆变器数学模型60-62
• 4.2 基于电网电压定向的矢量控制(VOC)62-71
• 4.2.1 电流内环PI调节器65-68
• 4.2.3 实验及分析68-71
• 4.3 直接功率控制71-80
• 4.3.1 直接功率控制的原理72-76
• 4.3.2 直接功率控制实验76-80
• 4.4 小结80
• 参考文献80-82
• 第五章 电网电压不平衡状态下的并网功率控制82-96
• 5.1 不平衡状态下的三相电压、电流和瞬时功率82-85
• 5.1.1 电网不平衡状态下的电网电压82-83
• 5.1.2 电网不平衡状态下三相对称线性负载的电流和瞬时功率83-85
• 5.2 电网不平衡状态下的控制目标选择85-86
• 5.3 电网不平衡状态下的四种控制目标的分析86-94
• 5.3.1 抑制负序电流86-87
• 5.3.2 抑制有功功率的脉动87-89
• 5.3.3 抑制无功功率的脉动89-91
• 5.3.4 同时抑制有功和无功的二倍工频脉动91-94
• 5.5 本章小结94-95
• 参考文献95-96
• 第六章 光伏逆变器的漏电流及抑制方法96-113
• 6.1 漏电流分析96-100
• 6.2 二电平和三电平拓扑的共模电压分析100-102
• 6.2.1 两电平逆变器共模电压分析100-101
• 6.2.2 二极管箝位型三电平三相逆变器共模电压分析101-102
• 6.3 增加旁路，构成漏电流的新回路102-105
• 6.4 增加漏电流的回路阻抗105-106
• 6.5 混合系统106-108
• 6.6 三相逆变器的漏电流实验分析108-111
• 6.7 本章小节111-112
• 参考文献112-113
• 第七章 实验系统的软硬件设计113-122
• 7.1 DC/DC设计113
• 7.2 INV回路设计113-114
• 7.3 控制回路硬件114-116
• 7.4 系统软件设计116-118
• 7.5 三相三电平逆变器研究平台118-121
• 7.6 本章小结121-122
• 第八章 总结与展望122-124
• 8.1 研究工作的总结122
• 8.2 研究展望122-124
• 攻读博士期间公开发表的论文与参与项目124-125
• 致谢125

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