带APF的单相光伏并网发电系统

【摘要】：本文针对类似屋顶光伏并网发电这类中小功率的应用场合,研究了一种带有源滤波功能的单相光伏并网发电系统的方案。本方案中系统除了能将光伏电池输出的功率送入电网外,还能够补偿本地负载的无功和谐波。这样实现了一套装置的多功能使用,改善了电网的电能质量又提高了整个系统的利用率。 本文采用基于Fryze无功理论的谐波补偿算法,证明了它和瞬时无功理论相比,并不存在时延长的缺点。而且由于Fryze无功理论概念清楚,通过化简,可以以很简单的计算过程应用于带APF单相光伏并网发电系统中,文中做了推导,并给出了仿真结果。 在并网发电系统中,对于电网电压的幅值、相位、频率的检测是一个重要的环节。本文提出了一种基于软件的幅值、相位、频率一体化检测算法。AD采样后的输入信号经过一时延环节,得到与基波正交的信号。此信号和原输入信号一起,送入相位校正环节,对输出的相位和幅值信号进行控制。当系统进入稳态附近后,控制方法切换到用频率间接控制相位的方式,从而得到稳定的幅值、相位、频率信号。同时,该算法采用了变采样频率的方法,更适合在MCU或DSP上编程。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。 本文选择串级式结构作为逆变系统结构。在这种结构下,主电路分为两个部分:第一部分是DC-DC升压电路,第二部分是DC-AC逆变电路。DC-DC升压电路除起升压作用外,还同时作为最大功率跟踪控制器。本文对电路原理和参数计算做了研究。 本文研究并制作了控制电路,编写了控制程序,利用实验室的强电实验平台对本方案进行了实验,实验结果表明本方案的设计是可行的。 【关键词】：光伏并网发电 有源滤波 Fryze无功理论 软件锁相环
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 光伏发电的介绍10-13
• 1.1.1 光伏发电的现状和趋势10-12
• 1.1.2 光伏并网发电技术的研究现状12-13
• 1.2 电网系统的无功功率与谐波问题13-15
• 1.2.1 无功与谐波的产生和危害13-14
• 1.2.2 无功与谐波的补偿装置14-15
• 1.3 本文的主要研究内容及意义15-18
• 第二章 谐波检测和并网发电一体化算法的设计18-36
• 2.1 引言18
• 2.2 瞬时无功理论18-24
• 2.2.1 瞬时无功理论基本原理18-21
• 2.2.2 瞬时无功理论在无功和谐波检测中的应用21-22
• 2.2.3 瞬时无功理论在单相电路中的应用22-24
• 2.2.4 瞬时无功理论的本质和不足24
• 2.3 基于Fryze 无功理论的APF 补偿算法24-30
• 2.3.1 Fryze 无功理论25-28
• 2.3.2 Fryze 无功理论与瞬时无功理论在APF 应用中的比较28-30
• 2.4 Fryze APF 算法在光伏发电系统中的应用及仿真30-36
• 2.4.1 算法结构的简化31-33
• 2.4.2 MATLAB 仿真33-36
• 第三章 新型软件锁相环算法的设计36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 算法结构36-37
• 3.3 算法原理分析37-42
• 3.3.1 动态过程1——相位直接控制37-39
• 3.3.2 动态过程2——相位间接控制39-40
• 3.3.3 稳态性能——频相控制40-41
• 3.3.4 算法切换的判断标准41
• 3.3.5 变采样率41-42
• 3.4 仿真和实验42-46
• 3.4.1 matlab 仿真42-44
• 3.4.2 采用DSP 实验44-46
• 第四章 系统主电路设计46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 主电路结构设计46-49
• 4.2.1 逆变电路拓扑的介绍46-48
• 4.2.2 本文主电路结构的设计48-49
• 4.3 电压型全桥电路工作原理分析49-52
• 4.3.1 开关状态分析49-50
• 4.3.2 死区时间及其影响50-52
• 4.4 主电路参数的设计52-54
• 4.4.1 直流母线电压的选择52
• 4.4.2 功率器件的选择52
• 4.4.3 直流母线电容的设计52-53
• 4.4.4 滤波器的设计53-54
• 第五章 控制系统的设计54-60
• 5.1 引言54
• 5.2 控制电路设计54-56
• 5.2.1 2812DSP55
• 5.2.2 CPLD55
• 5.2.3 采样电路设计55-56
• 5.3 主电路控制方法56-57
• 5.4 控制软件设计57-60
• 5.4.1 程序框架57
• 5.4.2 采样和控制速率57-58
• 5.4.3 EV 模块和PWM 的产生58
• 5.4.4 使用类的优点58-60
• 第六章 实验结果和分析60-64
• 6.1 引言60
• 6.2 实验方案60-61
• 6.3 实验结果61-63
• 6.4 实验结果分析63-64
• 第七章 结论与展望64-68
• 7.1 本文取得的研究成果64
• 7.2 对于后续课题研究的思考和展望64-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 攻读学位期间发表的学术论文目录72

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