基于无差拍的单相光伏并网逆变器的研发

【摘要】：在能源危机、环境污染日益严重的背景下,替代能源的开发和利用迫在眉睫。太阳能是一种储量巨大的清洁可再生能源,对其进行合理利用是解决当前能源问题的有效方法之一,光伏发电作为一种有效利用太阳能的途径,已经越来越多地受到人们关注。 作为光伏发电系统核心的逆变器,其性能对整个系统至关重要。因此,研究和提高光伏并网逆变器的性能具有非常重要的现实意义。本文研究和设计了一台额定功率为3kW的单相光伏并网逆变器,具体工作内容如下： 第一,通过对典型光伏并网逆变器拓扑结构的分析对比,确定了本文逆变器采用两级式非隔离型结构的方案。电路中前级采用Boost电路来实现升压以及最大功率点跟踪,后级采用单相全桥电路来实现逆变并网功能。 第二,在阐述了光伏电池特性和常规最大功率点跟踪算法的基础上,针对扰动观测法在准确性和快速性上的矛盾,提出了一种扰动观测法的改进算法,并通过仿真实验结果验证了其有效性。 第三,在建立逆变器控制模型的基础上,针对传统双PI闭环电流控制策略存在的缺陷,采用了一种电压外环采用PI、电流内环采用无差拍的改进控制策略,并进一步提出了预测型无差拍控制方案,以解决DSP的延时效应问题。仿真实验结果也验证了其具有良好的控制效果。 第四,通过对比常规的孤岛检测方法,确定了本文采用的孤岛检测方案。为了减轻负载性质的影响,采用了周期性双向扰动的主动频移法。仿真实验结果验证了其具有较好的孤岛检测功能。 最后,本文给出了逆变器的硬件设计方案以及软件流程,完成了样机的研制。实验结果表明样机的性能符合预期要求,其输出电能质量、MPPT效率、孤岛保护功能均较好。 【关键词】：光伏发电 最大功率点跟踪 无差拍 孤岛效应
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 光伏发电背景12
• 1.2 国内外发展现状12-15
• 1.3 光伏并网发电系统15-17
• 1.4 单相光伏并网逆变器17-19
• 1.5 本文研究内容19-20
• 第2章 光伏并网系统原理20-25
• 2.1 光伏系统简介20-21
• 2.2 Boost电路工作过程21-23
• 2.3 全桥逆变电路工作过程23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 最大功率点跟踪算法25-34
• 3.1 光伏电池特性25-26
• 3.2 MPPT算法26-28
• 3.2.1 恒电压跟踪法26-27
• 3.2.2 电导增量法27
• 3.2.3 扰动观测法27-28
• 3.3 MPPT算法仿真对比研究28-30
• 3.3.1 电导增量法仿真28-29
• 3.3.2 扰动观测法仿真29-30
• 3.4 改进的扰动观测法30-32
• 3.5 最大功率点跟踪程序流程32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第4章 光伏并网电流控制策略34-48
• 4.1 系统控制方案34
• 4.2 电流跟踪控制方式34-35
• 4.3 SPWM技术35-37
• 4.4 电流控制系统数学模型37-42
• 4.4.1 电压环设计37-39
• 4.4.2 直流母线交流分量分析39-41
• 4.4.3 电流内环控制器设计41-42
• 4.5 电流内环调节器控制方式研究42-47
• 4.5.1 PI控制43-44
• 4.5.2 无差拍控制44-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 孤岛检测技术48-57
• 5.1 孤岛效应48-50
• 5.1.1 孤岛效应原理48-49
• 5.1.2 孤岛效应的危害和检测标准49-50
• 5.2 孤岛效应检测方法50-53
• 5.2.1 被动式检测方法50
• 5.2.2 主动式检测方法50-52
• 5.2.3 主动频移法检测盲区52-53
• 5.3 主动频移法仿真及改进53-56
• 5.3.1 主动频移法53-54
• 5.3.2 周期性双向扰动主动频移法54-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第6章 系统硬件设计57-65
• 6.1 系统总体硬件结构57
• 6.2 硬件参数设计57-59
• 6.2.1 直流侧电感设计57-58
• 6.2.2 直流侧电容设计58
• 6.2.3 滤波电感设计58-59
• 6.2.4 滤波电容设计59
• 6.3 功率管和二极管的选型59-60
• 6.4 部分硬件电路设计60-64
• 6.4.1 主电路设计60-61
• 6.4.2 电流采样调理电路设计61-63
• 6.4.3 功率驱动电路设计63
• 6.4.4 驱动电源电路设计63-64
• 6.5 本章小结64-65
• 第7章 系统软件设计65-72
• 7.1 软件整体架构65-67
• 7.2 等待状态流程67
• 7.3 升压状态流程67-68
• 7.4 逆变状态流程68-71
• 7.5 错误状态流程71
• 7.6 本章小结71-72
• 第8章 实验结果72-83
• 8.1 实验环境介绍72-73
• 8.2 不同电流控制方式效果对比73-79
• 8.2.1 PI方式73-76
• 8.2.2 无差拍方式76-79
• 8.3 系统效率79-81
• 8.3.1 MPPT跟踪效率80
• 8.3.2 逆变转换效率80-81
• 8.4 MPPT启动过程81
• 8.5 孤岛效应测试81
• 8.6 本章小结81-83
• 第9章 总结和展望83-85
• 9.1 本文总结83-84
• 9.2 不足与展望84-85
• 参考文献85-88
• 附录88-89
• 致谢89

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