基于无逆流联网技术的光伏发电并网控制系统的研究

【摘要】：当今全球正面临着能源短缺以及环境的日趋恶化等问题，为了化解危机，人类迫切寻找和开发一种绿色可再生能源，而太阳能因其无污染、安全可靠、易获得、取之不尽等优点，而得到了世界各国的重视。在太阳能的利用方式中，光伏发电是主要趋势。随着电力电子技术的提高，数字化控制技术的快速发展以及太阳能光伏系统成本的不断下降，使得太阳能光伏发电从补充能源逐渐向替代能源过度，有朝一日，必定会成为全球最主要的消耗能源之一。在太阳能光伏发电系统中，光伏并网成为研究人员研究的热点。 目前对太阳能利用的一种比较新颖的方法是无逆流光伏并网。这种并网方式属于不可调度式，系统中无储能环节蓄电池，不仅可避免废弃的蓄电池污染环境，而且还能提高光伏发电系统的利用率，保证了光伏发电系统的输出电能优先给负载供电，而市政电网作为备用电源，补充供电。若光伏并网发电系统的输出电能大于负载所消耗的电能，也不会向多家电网馈入电量，这样就不会干扰国家电网的正常稳定运行。基于上述优点，本文提出了一种基于无逆流联网技术的光伏发电并网控制系统的拓扑结构，并对系统的控制策略、硬件和软件设计进行了深入的研究。 1首先，对光伏发电原理进行了研究，分析了光伏发电系统结构、并网对其配电网的影响以及所涉及的关键技术； 2其次，研究了光伏并网系统的工作特性，详细分析了三相并网逆变器的工作原理，确定了主电路拓扑结构。在两相静止坐标系和旋转坐标系下建立了逆变器的数学模型。从逆变器的控制方式、逆变器的控制模型方面对逆变器进行了分析，确定了并网逆变器控制策略。深入研究了SVPWM的控制技术和锁相环技术； 3在硬件方面：首先搭建了系统的整体框架，再分别对各个部分的电路及其参数设计进行了详细说明，控制电路选用的是芯片TMS320F28335；在软件方面：首先设计了控制系统的主程序、周期中断子程序，再对中断子程序如故障检测与处理、软件锁相、A/D子程序、SVPWM子程序、保护中断子程序等进行了论述； 4最后利用MATLAB/SIMUlink建立系统仿真模型，通过仿真结果分析，验证了控制策略的可行性。 【关键词】：光伏并网 逆变控制 无逆流 SVPWM控制 锁相环 Matlab/Simulink仿真
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 光伏发电技术的研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外光伏并网发电的研究现状11-13
• 1.2.1 国外光伏并网发电研究现状11-12
• 1.2.2 国内光伏并网发研究电现状12-13
• 1.3 光伏并网发电标准及前景13-15
• 1.3.1 光伏并网发电标准现状13-15
• 1.3.2 光伏发电前景15
• 1.4 本文研究的内容15-17
• 第2章 光伏发电系统17-26
• 2.1 光伏发电系统简介17-20
• 2.2 光伏并网及其对配电网的影响20-23
• 2.3 并网所涉及的关键技术23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 并网逆变器的控制策略研究26-50
• 3.1 并网逆变器的要求及光伏并网技术发展历程26-28
• 3.2 控制策略介绍28-30
• 3.3 三相光伏并网逆变器控制策略研究30-36
• 3.3.1 逆变器数学模型30-33
• 3.3.2 两相静止坐标系下的控制策略分析33-36
• 3.4 SVPWM 算法36-44
• 3.4.1 空间矢量概念和理论基础37-39
• 3.4.2 SVPWM 算法推导39-44
• 3.5 锁相环44-48
• 3.5.1 锁相环的理论基础44-46
• 3.5.2 锁相环的基本原理46-47
• 3.5.3 三相软件锁相环47-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第4章 硬件电路设计50-69
• 4.1 并网控制系统的整体设计方案50-51
• 4.2 直流控制单元的设计51-52
• 4.3 交流单元的设计52-57
• 4.3.1 主电路的设计52-55
• 4.3.2 驱动电路的设计55-56
• 4.3.3 缓冲电路的设计56-57
• 4.4 防逆流控制单元57-59
• 4.5 滤波电路设计59-62
• 4.5.1 LCL 型滤波电路分析60-61
• 4.5.2 LCL 滤波电路的参数设计61-62
• 4.6 逆变控制电路设计62-68
• 4.6.1 主控单元设计62-63
• 4.6.2 保护电路设计63-64
• 4.6.3 采用检测单元设计64-67
• 4.6.4 串口通讯电路设计67-68
• 4.7 小结68-69
• 第5章 系统软件设计及仿真69-80
• 5.1 主程序的设计69-70
• 5.2 中断子程序设计70-76
• 5.2.1 故障检测与处理70-73
• 5.2.2 软件锁相环程序设计73-74
• 5.2.3 A/D 中断程序设计74-75
• 5.2.4 保护中断程序设计75-76
• 5.2.5 SVPWM 子程序模块76
• 5.3 仿真76-77
• 5.4 仿真结果与分析77-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第6章 总结与展望80-82
• 6.1 总结80
• 6.2 展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 附录87

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