基于孤岛效应的小型并网光伏发电系统研究

【摘要】：随着社会生产的日益发展,随着能源消耗的不断增长和生态环境的日益恶化,全球范围内的能源危机也日益突出。太阳能作为一种无污染的新能源,受到一致青睐。近年来,随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展,太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。光伏并网发电技术已成为太阳能光伏应用的主流。 在光伏发电系统中,光伏电池阵列作为系统的核心部件之一,是能源供给部件,因此在光伏并网发电系统仿真模型的研究中,对光伏电池阵列的研究非常重要。根据光伏电池工作原理建立的数学模型,运用Matlab/Simulink建立了光伏电池阵列的仿真模型,得到了太阳光照强度和环境温度对光伏电池阵列模型的影响特性曲线。 本文以TMS320F2812为主控芯片,根据系统的性能指标要求,设计了小功率的并网逆变器的硬件电路,主要包括系统逆变主电路、DSP最小系统电路、系统电源电路、交直流电压电流检测电路、功率开关管及其驱动电路、锁相环电路等单元。硬件系统将光伏电池输出的直流电经Boost电路升压到400V,通过全桥逆变电路变为220V交流电,检测电路将电压、电流信号送入DSP,通过对前级Boost电路和全桥逆变电路控制,从而实现了系统并网运行。 本文对有源频率偏移法(AFD)孤岛检测的工作原理及具体实现过程进行分析,采用matlab/simulink工具对该检测法进行孤岛检测仿真计算和测试。在此基础上,研究该方法检测孤岛时不同的斩波率与极性的选取对系统运行性能的影响,并且对AFD的检测盲区(NDZ)进行分析。 另一方面,在分析传统的AFD法基础上,提出一种小幅电流干扰的组合式改进方法。重点讨论干扰施加的方式,特别是施加时间的选取,使之在自动重合闸之前检测到孤岛效应的发生。采用该检测方法进行孤岛检测仿真,并将仿真结果与AFD单独作用时的仿真结果作比较,说明该方法有较大的优势和实用价值。 【关键词】：DSP AFD 小幅电流干扰 逆变器
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景和意义9-10
• 1.2 太阳能的转换利用方式10-11
• 1.3 分布式发电系统11-12
• 1.4 MPPT研究状况12
• 1.5 光伏并网逆变器的发展状况12-13
• 1.6 孤岛效应13-14
• 1.6.1 定义13
• 1.6.2 国内外的研究现状13-14
• 1.7 本文的主要工作14-15
• 第2章 光伏电池特性与MPPT介绍15-26
• 2.1 光伏电池原理15-16
• 2.2 光伏电池模型及其输出特性16-19
• 2.2.1 光伏电池的等效电路16-18
• 2.2.2 阵列模组特性18-19
• 2.3 光伏电池MPPT方法19-25
• 2.3.1 恒定电压法19
• 2.3.2 扰动观察法19-21
• 2.3.3 增量电导法21-22
• 2.3.4 自适应占空比扰动法22-24
• 2.3.5 几种MPPT方法对比24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 光伏并网发电系统设计26-43
• 3.1 光伏并网发电系统总体结构26-27
• 3.1.1 光伏并网发电系统组成26
• 3.1.2 光伏并网并网逆变器主控系统26-27
• 3.2 光伏逆变器27-31
• 3.2.1 光伏逆变器并网控制策略分类28-29
• 3.2.2 电流控制型逆变器并网方案29-31
• 3.3 DSP控制电路设计31-35
• 3.3.1 DSP芯片介绍31-32
• 3.3.2 DSP电源电路32-33
• 3.3.3 时钟电路33
• 3.3.4 JTAG接口电路33-34
• 3.3.5 复位电路34-35
• 3.3.6 外扩存储器电路35
• 3.4 系统外围电路设计35-42
• 3.4.1 逆变器电源电路35-36
• 3.4.2 开关管选取及其驱动电路36-37
• 3.4.3 电网电压及过零点检测电路37-38
• 3.4.4 电网电流及逆变电流检测电路38-39
• 3.4.5 直流电压和电流检测电路39-40
• 3.4.6 锁相环电路40-41
• 3.4.7 抗干扰设计41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 光伏并网发电系统的孤岛检测方法43-53
• 4.1 孤岛效应发生的原理43-44
• 4.2 危害性44-45
• 4.3 检测盲区NDZ分析45-46
• 4.4 孤岛检测的国际通行标准46-47
• 4.5 检测方法47-52
• 4.5.1 被动式检测47-49
• 4.5.2 主动式检测49-51
• 4.5.3 电网侧孤岛检测51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 孤岛检测仿真研究53-69
• 5.1 光伏逆变器仿真53-55
• 5.2 频率偏移法AFD及仿真55-57
• 5.2.1 频率偏移法AFD原理55-56
• 5.2.2 频率偏移法AFD具体实现56-57
• 5.3 频率偏移法AFD仿真57-62
• 5.3.1 频率监测57-58
• 5.3.2 仿真结果58-60
• 5.3.3 频率偏移法AFD特性分析60-61
• 5.3.4 AFD法优化的若干建议61-62
• 5.4 使用小幅电流干扰改进的频率偏移法62-68
• 5.4.1 改进的光伏并网技术规范62
• 5.4.2 传统小幅电流干扰法62-63
• 5.4.3 干扰施加具体分析63-64
• 5.4.4 干扰时间选取64-65
• 5.4.5 施加小幅电流干扰的频率偏移法AFD的具体实现65-66
• 5.4.6 仿真结果66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第6章 总结与展望69-71
• 6.1 工作总结69-70
• 6.2 下一步工作展望70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74

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