单相小功率光伏并网中孤岛效应的研究

【摘要】：进入21世纪以来人类社会处于生态环境严重被污染、化石能源短缺的状态。太阳能是一种绿色的可再生能源,光伏发电与光热发电是太阳能发电的主要利用形式,光伏并网发电具有无污染、安全可靠等优点,被人们广泛运用。光伏并网发电过程中发生的孤岛效应机率随之增加,而孤岛效应产生的危害也越来越严重,因此解决孤岛效应问题迫在眉睫,寻求快速有效的孤岛检测方法具有现实意义。本文主要研究单相小功率光伏并网中产生的孤岛效应问题。 首先本文研究了孤岛效应发生的原理、产生的危害以及目前孤岛效应在国内外的研究状况和孤岛检测标准。其次,对比分析了孤岛效应的主动式、被动式和其它检测方法的原理和优缺点,为本文采用的主动频率孤岛检测法、正反馈主动频移孤岛检测法和主动电流扰动法孤岛检测奠定了理论基础。再次,详细讨论了这三种方法的工作原理、优缺点和盲区检测范围,通过M4ATLAB仿真研究发现：采用主动电流扰动法在并网逆变器输出功率大于、等于和小于负载消耗的功率情况下,能快速地检测到孤岛状态,且当逆变器单台运行时不存在检测盲区。 本文采用STC12C5A162S芯片控制孤岛检测核心电路,设计了交流电压、电流和频率检测电路、IGBT驱动电路、整流滤波电路,故障检测电路、数码管显示控制电路等,编写了孤岛检测算法相关程序和控制流程图。结合软件和硬件设计,搭建了1000W/220V单相小功率光伏并网发电系统,在此系统下完成了单相并网测试和采用的主动电流扰动法进行孤岛效应实验,最后总结全文。 【关键词】：光伏并网发电系统 孤岛效应 STC芯片 主动电流扰动法 检测盲区
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 论文选题的背景及意义9-10
• 1.2 孤岛效应研究10-13
• 1.2.1 孤岛效应的定义和危害10-11
• 1.2.2 目前国内外关于孤岛效应的研究11-12
• 1.2.3 孤岛检测标准12-13
• 1.3 研究的内容及论文结构分析13-14
• 第二章 孤岛效应的检测方法14-23
• 2.1 孤岛效应特点分析14-17
• 2.2 被动式检测方法17-18
• 2.2.1 电压和频率检测法17
• 2.2.2 电压谐波检测法(HD)17-18
• 2.2.3 电压相位的改变检测方法(PJD)18
• 2.3 主动式孤岛检测法18-22
• 2.3.1 主动式的频率检测法(AFD)18-19
• 2.3.2 频率式的变化检测(FJD)19
• 2.3.3 Sandia频率偏移法19-20
• 2.3.4 Sandia电压式的孤岛检测法20
• 2.3.5 滑模频率偏移法(SMS)20-21
• 2.3.6 自动相位偏移法(APSM)21-22
• 2.4 其它孤岛检测方法22
• 2.4.1 阻抗插入检测法22
• 2.4.2 远程通讯监控手段22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 孤岛效应检测方法的仿真研究23-38
• 3.1 主动频率孤岛检测法23-28
• 3.1.1 主动频率孤岛检测法原理详细分析23-25
• 3.1.2 主动频率偏移法的盲区分析25-26
• 3.1.3 主动频率孤岛检测法建模及仿真研究26-28
• 3.2 正反馈主动频移孤岛检测法28-32
• 3.2.1 正反馈主动频移孤岛检测法原理详细分析28-29
• 3.2.2 正反馈主动频移孤岛检测法的盲区分析29-30
• 3.2.3 正反馈主动频移孤岛检测法建模及仿真研究30-32
• 3.3 主动电流扰动法孤岛检测法32-37
• 3.3.1 原理分析32-34
• 3.3.2 主动频率偏移法的盲区分析34-35
• 3.3.3 主动电流扰动法孤岛检测建模及仿真研究35-37
• 3.4 三种方法比较37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 孤岛检测系统硬件设计38-51
• 4.1 系统总体框图38
• 4.2 主控制芯片的选择38-40
• 4.3 控制电路硬件图40-50
• 4.3.1 电源电路模块40-41
• 4.3.2 桥式整流和滤波电路41
• 4.3.3 逆变电路41-42
• 4.3.4 驱动电路42-44
• 4.3.5 故障检测电路44-46
• 4.3.6 显示电路46-47
• 4.3.7 交流电流和电压采样电路47-49
• 4.3.8 程序下载电路49
• 4.3.9 看门狗电路49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 系统软件设计51-60
• 5.1 软件部分51-53
• 5.2 孤岛检测算法控制模块53-57
• 5.2.1 主动频率偏移法检测模块53-54
• 5.2.2 正反馈主动频率偏移法模块54-55
• 5.2.3 主动电流扰动方法控制模块55-57
• 5.3 数据处理方法57-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 实验与结果分析60-76
• 6.1 实验准备60-62
• 6.1.1 PCB电路板60
• 6.1.2 搭建并网系统60-62
• 6.2 实验测试和结果分析62-75
• 6.2.1 单相并网实验测试63-70
• 6.2.2 孤岛效应测试70-71
• 6.2.3 实验结果分析71-74
• 6.2.4 与现有产品的对比分析74-75
• 6.3 本章小结75-76
• 第七章 总结与展望76-78
• 7.1 全文总结76
• 7.2 展望76-78
• 参考文献78-81
• 附录81-84
• 致谢84-85
• 攻读学位期间发表的学术论文85

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