光伏并网逆变器孤岛检测技术研究及实现

【摘要】：随着工业化的深入,能源与环境是人类无法回避的问题。各类新能源技术成为各国的研究重点,光伏发电作为太阳能的重要利用方式成为新能源技术的重要研究方向。孤岛检测作为光伏并网逆变器必备的一项功能,成为并网发电领域的重要研究方向。本文以非隔离型单相光伏并网逆变器为研究基础,对孤岛检测技术及并网控制方式进行研究。 本文阐述了孤岛检测技术的意义和研究现状,在对比分析了现有检测标准,评估方式和主要检测方案的基础上,选择基于移频、移相及电流幅值扰动的孤岛检测方案作为本文的研究重点,在Qf0×Gnorm坐标系中对算法盲区评估,并仿真验证了算法的检测效果。此外,文章分析了单相光伏逆变器的工作原理和结构拓扑,确定采用两级式非隔离结构,逆变部分采用H桥拓扑,使用电压电流闭环SPWM控制方式,并通过建模仿真验证了控制算法的可实现性。 本文在系统整体分析和仿真分析的基础上,完成了3kW样机的研制,包括主功率电路,驱动电路,采样电路,电源电路等功能电路的设计,以及关键程序的设计。并对样机进行了实验,分析了样机在各个功率条件下的效率,输出电流的谐波失真度。按照测试标准,对样机的孤岛算法进行实验验证。 【关键词】：光伏并网逆变器 孤岛检测 盲区分析 并网控制
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 光伏发电背景及意义10
• 1.2 光伏发电研究现状与发展10-12
• 1.2.1 国外光伏发电研究现状和趋势10-11
• 1.2.2 国内光伏发电研究现状和趋势11-12
• 1.3 课题研究背景及意义12-13
• 1.3.1 孤岛检测技术的必要性12
• 1.3.2 孤岛检测技术研究现状12-13
• 1.4 本设计主要研究内容13-14
• 2 光伏系统的孤岛效应及系统设计14-32
• 2.1 孤岛效应概述14-15
• 2.1.1 孤岛效应危害14-15
• 2.1.2 孤岛效应发生机理15
• 2.2 孤岛效应检测标准15-16
• 2.3 孤岛检测方案选择16-18
• 2.4 孤岛效应盲区评估方式分析及选择18-20
• 2.5 单相光伏并网逆变器拓扑选择20-21
• 2.6 单相光伏并网逆变器系统工作原理21-23
• 2.6.1 前级BOOST工作原理分析22-23
• 2.6.2 后级H桥电路工作原理分析23
• 2.7 单相光伏逆变器并网控制算法分析23-26
• 2.7.1 光伏逆变器的控制目标24
• 2.7.2 输出电流控制方式分析选择24-26
• 2.8 逆变单元的建模与控制设计26-31
• 2.8.1 电流内环建模26-27
• 2.8.2 电压前馈控制设计27-28
• 2.8.3 电流环PI参数设计28-29
• 2.8.4 电压外环建模29-30
• 2.8.5 电压环PI参数设计30-31
• 2.9 本章小结31-32
• 3 光伏系统并网及孤岛检测算法仿真32-50
• 3.1 系统并网仿真32-34
• 3.2 主动移频式孤岛检测方法34-41
• 3.2.1 正反馈频率偏移法盲区分析35-38
• 3.2.2 正反馈频率偏移法仿真研究38-41
• 3.3 主动移相式孤岛检测方法41-46
• 3.3.1 主动移相算法盲区分析42-44
• 3.3.2 改进的移相算法仿真研究44-46
• 3.4 电流幅值扰动法46-49
• 3.4.1 电流幅值扰动法原理分析47
• 3.4.2 电流幅值扰动法仿真研究47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 4 单相光伏系统孤岛检测软硬件实现50-68
• 4.1 硬件电路设计50-59
• 4.1.1 功率电路参数设计50-54
• 4.1.2 开关管驱动设计54-55
• 4.1.3 采样电路设计55-57
• 4.1.4 辅助电源电路设计57
• 4.1.5 绝缘监测功能电路设计57-59
• 4.1.6 孤岛检测相关硬件59
• 4.2 关键程序设计59-63
• 4.2.1 系统主程序设计59-61
• 4.2.2 数字锁相环设计61
• 4.2.3 SPWM生成程序设计61-62
• 4.2.4 防孤岛检测程序设计62-63
• 4.3 实验验证63-66
• 4.3.1 并网实验63-65
• 4.3.2 孤岛检测实验65-66
• 4.4 本章小结66-68
• 5 总结与展望68-69
• 5.1 总结68
• 5.2 展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-73

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