基于时域分析法的光伏并网逆变模块研究

【摘要】：能源的发展和利用越发成为人类社会发展的瓶颈，开发可持续发展的绿色能源势在必行。光伏发电因其独有特点成为最具前景的绿色能源之一，因此光伏发电成为学者们研究的一个重要方向，而并网逆变系统是光伏发电的关键环节。由于电网的感性负载和非线性负载大量使用，电网的无功消耗变大、谐波污染也日趋严重，这对电网线路及用电设备带来不同程度的危害。光伏并网逆变器输出有功功率的同时，可以对负载的无功、谐波电流进行补偿，实现这种补偿的关键有：(1)快速的电流有功、无功和谐波分量检测法；(2)指令电流合成法，实现负载电流无功及谐波补偿，提高并网逆变器利用率；(3)逆变器拓扑结构及其控制策略，实现并网逆变器输出电流无静差控制及系统快速的响应特性。 本文首先对光伏发电发展状况与应用前景、光伏并网逆变系统主要技术进行了综述，然后介绍单相全桥逆变电路的拓扑结构，在此结构下，对并网逆变器输出方式、调制方式、等效的数学模型以及有功和无功电流的补偿进行分析。 在单相全桥逆变电路的拓扑结构下，提出一种基于时域分析法的负载电流分解法，通过求解负载平均电导及平均电纳，实现非电网侧负载电流的有功、无功及谐波分量的检测；在此基础上提出一种电能质量就地补偿控制的指令电流合成法，结合逆变器输出电流的闭环PI控制及电网电压前馈解耦控制，实现并联母线上的逆变模块能够独立输出有功电流并能够补偿其有源负载的谐波和无功电流，提高并网逆变器利用率。 给出了逆变模块的matlab/simulink仿真设计和仿真结果，在此基础上详细分析了逆变模块的硬件电路和软件设计，硬件电路包含逆变模块的主电路、缓冲电路、驱动电路、信号检测调理电路，软件设计包括数字低通滤波器与相移补偿网络、滑动窗积分、信号90°滞后相移以及STM32F103微控制器的系统软件控制流程图。 最后，搭建了以STM32F103为主控芯片的逆变器实验平台，实验结果表明，基于时域分析法的并网逆变模块实时对负载谐波电流、无功电流及有功电流补偿效果明显，并且能够向电网侧输出有功电流，验证了方案的可行性和正确性。 【关键词】：光伏并网 逆变模块 时域分析法 电能质量控制
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目次9-11
• 图清单11-13
• 表清单13-14
• 1 绪论14-30
• 1.1 研究背景与意义14-15
• 1.2 光伏发电的发展现状与前景15-18
• 1.3 光伏并网逆变器技术18-28
• 1.4 本文研究内容28-30
• 2 单相全桥并网逆变器工作原理30-36
• 2.1 并网逆变器输出控制方式30
• 2.2 并网逆变器的 SPWM 调制30-32
• 2.3 单相全桥并网逆变器输出模型32-34
• 2.4 单相并网逆变器电流有功和无功补偿分析34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 基于时域分析法的模块式并网逆变器控制技术36-45
• 3.1 模块式光伏并网系统结构36-37
• 3.2 基于时域分析的负载电流分解法37-38
• 3.3 并网逆变器输出电流的指令电流合成法38-40
• 3.4 并网逆变器的输出电流控制40-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 模块式并网逆变器仿真研究45-51
• 4.1 仿真模型45-48
• 4.2 仿真实验结果48-50
• 4.3 本章小结50-51
• 5 基于 STM32F103 控制器的并网逆变器设计51-73
• 5.1 并网逆变系统电路结构51
• 5.2 并网逆变器器件选择及参数设计51-56
• 5.3 并网逆变模块信号检测调理电路设计56-60
• 5.4 并网逆变器驱动电路设计60-62
• 5.5 系统软件设计62-67
• 5.6 系统程序设计流程图67-68
• 5.7 实验验证68-72
• 5.8 本章小结72-73
• 6 工作总结与展望73-75
• 参考文献75-79
• 附录 A 光伏并网逆变模块硬件实物图79-80
• 作者简历80

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