光伏发电系统的单相并网逆变器研究

【摘要】：随着石油、煤炭等化石类能源的日渐枯竭,人类寻找和开发新能源迫在眉睫。太阳能作为一种可再生的清洁新能源,以其分布广、能量大等特点越来越受到人们的重视。而要想利用太阳能将它转变成可使用的并网交流电。就离不开光伏并网逆变器。因此,对光伏并网逆变器的研究是很有必要的。本文的研究意义在于更好地优化和提升现有单相光伏并网逆变器的输出特性。因此,在论文研究的伊始首先概述单相光伏并网逆变器的国内外研究现状及发展趋势。同时,根据中小型功率逆变器的特点,进一步明确了研究的具体步骤,重点就几款典型的单相光伏并网逆变器拓扑结构优缺点展开全面地比较分析,从中选出适合本文的两级式非隔离型单相并网逆变器结构。在比较中发现现有逆变器存在的结构问题,故在两级式非隔离型结构的基础上,又添加了LCL型滤波器和漏电流抑制模块。其次,依据已设计的拓扑结构搭建硬件电路,这里采用以TMS320F28035芯片为主控单元,并分别使用HCPL316J、ACS758芯片作为IGBT驱动和检测电路,除此之外还兼顾设计逆变器的辅助供电电源模块以及IGBT板接口单元硬件电路。实现了单相光伏并网逆变器的整体硬件完整性。最后,就传统双PI闭环电流控制策略的缺陷,进行深入研究。找出一种外环采用PI、内环采用无差拍控制策略。而且,为了能使单相光伏并网逆变器适应更为广阔的非理想电网环境,设计一种考虑频率自适应的基于改进型的park变换的单相并网逆变器锁相环。通过Matlab/Simulink仿真实验验证,应用此方法的单相并网逆变器,在电网电压跌落、谐波注入等非理想电网电压情况下,仍具有跟踪、锁定电网电压频率及相位的稳态误差小、精度高等优势。 【关键词】：单相光伏并网逆变器 锁相环 TMS320F28035 闭环控制 频率自适应
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 单相光伏并网逆变器的国内外研究现状及发展趋势11-14
• 1.2.1 国外单相光伏并网逆变器的研究现状12
• 1.2.2 国内单相光伏并网逆变器的研究现状12-13
• 1.2.3 未来单相光伏并网逆变器的发展趋势与前景13-14
• 1.3 课题主要研究内容14-16
• 2 单相光伏并网逆变器的基本原理及拓扑结构分析16-30
• 2.1 光伏并网发电的运行流程及工作原理16-18
• 2.1.1 单相光伏发电系统的运行过程17
• 2.1.2 单相光伏发电系统的工作原理17-18
• 2.2 单相光伏并网逆变器功率电路分析与选择18-20
• 2.3 单相光伏并网逆变器漏电流抑制20-24
• 2.3.1 无变压器型单相光伏并网逆变器漏电流成因20-21
• 2.3.2 单相半桥光伏并网逆变器漏电流分析21-22
• 2.3.3 单相全桥光伏并网逆变器漏电流分析22-24
• 2.3.4 滤波器对漏电流的作用效果24
• 2.4 单相光伏并网逆变器元件参数设计24-29
• 2.4.1 boost升压电路参数设计24-25
• 2.4.2 不同滤波方式高次谐波滤除比较25-27
• 2.4.3 LCL型滤波器参数设计27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 电流输出型单相光伏并网逆变器的控制方案研析30-46
• 3.1 并网调控对象和方法30-31
• 3.1.1 并网的调控对象30
• 3.1.2 并网的控制方法30-31
• 3.2 SPWM技术应用31-33
• 3.2.1 单极性SPWM控制技术31-32
• 3.2.2 双极性SPWM控制技术32-33
• 3.3 电流型跟踪控制技术33-35
• 3.3.1 三角波瞬时比较法33
• 3.3.2 电流滞环瞬时比较法33
• 3.3.3 定时控制的电流瞬时比较法33-34
• 3.3.4 无差拍控制方法34
• 3.3.5 双闭环控制方法34-35
• 3.4 电流型跟踪控制数学建模35-38
• 3.4.1 双闭环控制的电压外环设计35-37
• 3.4.2 双闭环控制的电压外环交流分量抑制设计37
• 3.4.3 LCL型双闭环控制的电流内环设计37-38
• 3.5 双闭环控制策略的调节器设计38-41
• 3.5.1 调节器K参数设计38-39
• 3.5.2 无差拍调节器设计39-41
• 3.6 锁相环41-42
• 3.7 Park变换的基本原理及应用42-45
• 3.7.1 Park变换的运行机理42-43
• 3.7.2 改进型Park变换的应用43-44
• 3.7.3 改进型Park变换和模糊自适应相结合设计44-45
• 3.8 本章小结45-46
• 4 并网逆变器硬件设计46-57
• 4.1 系统控制硬件结构46
• 4.2 主控单元TMS320F28035原理图及其功能46-47
• 4.3 主控单元TMS320F28035辅助电路设计47-50
• 4.4 系统供电电源设计50-51
• 4.5 驱动电路设计51-53
• 4.6 采样电路设计53-56
• 4.7 本章小结56-57
• 5 单相光伏并网逆变器控制方法仿真与验证57-73
• 5.1 光伏电池数学模型及仿真58-60
• 5.2 扰动观察法实现MPPT跟踪仿真60-63
• 5.3 boost升压电路与MPPT相结合仿真63-65
• 5.4 三种滤波器的Bode仿真65-66
• 5.5 SPWM仿真66
• 5.6 改进型Park变换与自适应滤波器相结合仿真66-70
• 5.7 改进型单相光伏并网逆变器仿真70-71
• 5.8 软件算法设计71-72
• 5.9 本章小结72-73
• 6 结论73-74
• 参考文献74-76
• 攻读硕士期间发表学术论文情况76-77
• 致谢77

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