具有APF功能的非隔离型光伏并网逆变器研究

【摘要】：太阳能具有取之不尽，绿色无污染的特性，使其成为当今世界经济发展急需且适合的新能源。光伏并网系统能够将太阳能转换为并网电能，是有效的能源转换手段。光伏并网系统有隔离型和非隔离型之分。隔离型光伏并网系统包含变压器，能够实现电网和太阳能电池板的隔离，保护人身和设备安全，但是变压器体积大、重量重、成本高，而且使得光伏并网系统的整体效率低。非隔离型光伏并网系统消除了隔离型光伏并网系统的大体积、大重量和低效率的缺点，但是却会带来共模电流，危害人身和设备安全。研究能够消除或者抑制共模电流产生的非隔离型光伏并网系统是光伏系统的发展方向。 随着科技的发展，越来越多的电力电子设备开始在工厂和个人家庭里使用，这在方便人们工作和生活的同时，也为电网带来了更多谐波，危害电网和设备的安全使用。有源电力滤波器是有效的谐波抑制手段，它相比无源滤波器具有主动、可控、灵活的特点。但是其具有一次性投入成本过高的缺点，使得它的推广被限制。 本文首先介绍了光伏发电技术和有源滤波技术的研究现状。分析了非隔离型光伏并网系统共模电流产生的原因，对几种常用的非隔离型光伏并网拓扑抑制共模电流的原理进行了分析。在此基础上研究了新型H6非隔离光伏并网逆变器的工作原理，分析了其共模电流与电路参数和开关频率的关系，为同是使用开关管寄生二极管钳位的非隔离型拓扑的电路设计提供了理论分析，然后设计了H6逆变器的电路参数，搭建了实验平台对理论的正确性和H6拓扑抑制共模电流的有效性进行了验证。在H6的基础上又研究了H7拓扑，H7拓扑利用直流侧电容进行钳位，能够更好的抑制共模电流的产生，搭建了实验平台对此进行验证。 其次，分析了光伏并网系统和有源电力滤波器的相似性，介绍了两者能够实现结合的理论基础。在两者的结合系统中实现有源电力滤波功能的关键技术之一在于如何检测谐波，总结了常用的单相APF谐波检测方法，研究了一种带锁相环的基于瞬时功率理论的ip-iq谐波检测技术，保证了在电网电压畸变的情况下仍然能够快速有效的检测出负载电流中的谐波分量和无功分量。 最后，研究了基于H6拓扑的具有APF功能的光伏并网逆变器的统一控制策略。出于经济考虑，控制策略以实现最大功率传输光伏阵列输出能量为主，根据变换器剩余的容量动态的调整谐波补偿分量的大小。设计了电流和电压控制器。利用matlab进行了电路建模，验证了系统的有效性。 【关键词】：非隔离光伏并网系统 共模电流 有源电力滤波器 瞬时功率理论 谐振控制
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 课题的研究意义8
• 1.2 光伏发电技术8-14
• 1.2.1 光伏发电技术的发展及现状8-10
• 1.2.2 非隔离光伏并网逆变器的发展及现状10-14
• 1.3 有源电力滤波器的发展及现状14-15
• 1.4 具有 APF 功能的光伏并网逆变器的发展及现状15-16
• 1.5 论文的主要研究内容16-17
• 第二章 H6 非隔离光伏并网逆变器分析17-37
• 2.1 非隔离光伏并网逆变器共模电流分析17-19
• 2.1.1 分布电容的产生及作用17-18
• 2.1.2 共模电压和共模电流分析18-19
• 2.2 新型 H6 拓扑及其工作原理19-24
• 2.3 H6 型拓扑共模电流频谱分析24-27
• 2.3.1 H6 拓扑的共模等效模型24-25
• 2.3.2 H6 拓扑的共模电流频谱分析25-27
• 2.4 H6 型拓扑与几种非隔离光伏并网逆变器的比较27-28
• 2.5 H6 拓扑的实验验证28-32
• 2.5.1 H6 拓扑的样机总体结构28-29
• 2.5.2 H6 拓扑的样机参数设计及开关管的选取29-30
• 2.5.3 H6 拓扑的样机实验结果30-32
• 2.6 新型 H7 拓扑32-36
• 2.7 本章小结36-37
• 第三章 统一控制的理论基础和单相 APF 谐波检测方法37-50
• 3.1 光伏并网逆变器与 APF 统一控制的理论基础37-40
• 3.1.1 光伏并网逆变器的工作原理37-38
• 3.1.2 APF 工作原理38-39
• 3.1.3 APF 与光伏并网逆变器的可结合性研究39-40
• 3.2 单相 APF 谐波检测方法40-45
• 3.2.1 基于 Fryze 时域分析的电流检测方法40-41
• 3.2.2 基于快速傅立叶变换的谐波电流检测法41-42
• 3.2.3 基于瞬时功率理论的谐波电流检测算法42-45
• 3.3 本文采用的谐波检测方法45-46
• 3.4 单相 APF 的 matlab 仿真46-49
• 3.4.1 matlab 仿真模型建立46-47
• 3.4.2 仿真结果与分析47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 基于 H6 拓扑的具有 APF 功能的光伏并网逆变器50-61
• 4.1 具有 APF 功能的光伏并网逆变器工作状态50-51
• 4.2 具有 APF 功能的光伏并网系统的硬件电路51-52
• 4.3 具有 APF 功能的光伏并网系统的统一控制策略52-57
• 4.3.1 指令电流的合成52-53
• 4.3.2 指令电流的限幅53-55
• 4.3.3 变流器控制器设计55-57
• 4.4 系统建模与仿真57-60
• 4.4.1 系统建模58-59
• 4.4.2 仿真结果与分析59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第五章 总论与展望61-63
• 5.1 工作总结61
• 5.2 工作展望61-63
• 参考文献63-67
• 作者简介67-68
• 致谢68

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