3kW光伏并网逆变器的研制

【摘要】：在传统能源日趋短缺,环境污染日益严重的背景下,光伏发电由于具备分布范围广,储量大,无污染等优点,越来越受到各国的重视。在整个光伏并网发电系统中,并网逆变器是实现能量转换及并网控制的核心,其性能在很大程度上决定着并网发电系统的稳定性及效率,因此,光伏并网逆变器的研制及其重要。本研究设计了一种3kW的光伏并网逆变器,经过对比和分析,主电路拓扑采用两级式非隔离型结构,前级采用DC/DC直流升压变换器完成光伏阵列输出直流电压的升压功能,以及最大功率点跟踪(MPPT),后级采用了单相全桥逆变器,完成逆变并网控制及孤岛检测。本研究对光伏并网逆变器的最大功率点跟踪技术(MPPT)与孤岛检测技术进行了深入的研究。在最大功率点跟踪研究中,首先分析了外界因素对光伏阵列的输出特性的影响以及负载阻抗对光伏阵列输出功率的影响,然后分析了光伏电池最大输出功率的控制算法,在研究最大功率点控制算法中,对比目前几大主流算法,如恒定电压法,定步长的扰动观察法,分析了各控制算法在进行MPPT控制上的优缺点;在前面的MPPT控制算法的理论基础上,介绍了两种改进的算法,通过Matlab/Simulink仿真分性,验证了改进型算法的优越性,并确定了本文所采用的模糊控制算法。在孤岛检测技术研究中,首先分析了孤岛产生原因,说明了它的危害性以及研究孤岛保护的必要性,然后对孤岛检测常用的被动法检测和主动法检测进行分析和比较,针对传统检测方法的缺陷以及电网的实际运行情况,提出了一种改进型的双向周期扰动主动频移法,通过Matlab/Simulink仿真验证,证明该改进型控制算法的可行性。通过对系统整体方案的研究,并对3k W单相光伏并网逆变器进行了硬件和软件的设计,最终按此方案搭建了一台样机,并对样机进行了测试,验证了本研究所提出的技术指标。样机的验证结果表明:采用本系统的设计和控制策略,能够达到国家规定的并网要求,并且可以得到较高质量的并网电流。 【关键词】：光伏发电 单相光伏并网逆变器 最大功率点跟踪 孤岛检测
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题背景8-11
• 1.1.1 全球能源消耗问题8-9
• 1.1.2 光伏发电的优势9-10
• 1.1.3 国内外光伏并网逆变器的发展现状10-11
• 1.2 光伏并网逆变器的发展趋势及关键技术11-12
• 1.2.1 光伏并网逆变器发展趋势11
• 1.2.2 光伏并网逆变器的关键技术11-12
• 1.3 课题主要设计内容12-13
• 1.4 本章小结13-14
• 第二章 光伏并网逆变器系统设计14-30
• 2.1 光伏并网逆变器主电路的对比与选取14-16
• 2.2. 系统控制策略研究16-21
• 2.2.1 并网逆变器控制方案16
• 2.2.2 电流跟踪方式的研究16-19
• 2.2.3 并网逆变控制策略数学模型19-21
• 2.3 系统直流侧与交流侧部分设计21-25
• 2.3.1 前级DC/DC部分设计21-24
• 2.3.2 后级单相全桥逆变部分设计24-25
• 2.4 并网系统仿真25-27
• 2.5 光伏并网逆变器目标技术参数27-28
• 2.6 本章小结28-30
• 第三章 光伏阵列的最大功率点跟踪30-46
• 3.1 光伏电池的特征30-33
• 3.1.1 光伏电池的数学模型以及等效电路30-31
• 3.1.2 光照强度对光伏电池输出的影响31-32
• 3.1.3 温度对光伏电池输出的影响32-33
• 3.1.4 负载阻抗对光伏电池的影响33
• 3.2 典型的MPPT控制策略33-36
• 3.2.1 恒电压跟踪法34
• 3.2.2 电导增量法34-35
• 3.2.3 扰动观察法35-36
• 3.3 改进的MPPT算法36-41
• 3.3.1 基于变步长的扰动观察法36-38
• 3.3.2 基于模糊控制的MPPT控制38-41
• 3.4 仿真分析41-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第四章 光伏并网系统孤岛效应检测方法的研究46-62
• 4.1 孤岛效应的概述以及危害性46-47
• 4.2 孤岛效应检测的标准47
• 4.3 光伏并网系统孤岛形成时的等效模型47-49
• 4.4 孤岛检测的常用方法及其改进49-56
• 4.4.1 被动法检测孤岛效应50-51
• 4.4.2 主动法的孤岛检测51-54
• 4.4.3 负载性质对主动频移法的影响54-55
• 4.4.4 改进型双向周期扰动的主动频移法55-56
• 4.5 仿真分析56-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第五章 3kW两级式非隔离型单相光伏并网发电系统软硬件设计62-80
• 5.1 系统硬件设计62-68
• 5.1.1 驱动电路62-64
• 5.1.2 采样电路64-68
• 5.2 系统软件设计68-74
• 5.3 样机与实验结果分析74-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 本文总结80
• 6.2 不足与展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86

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