面向智能微网的单级光伏逆变器研究

【摘要】：随着全球范围内能源和环境问题日益突出,可再生能源得到了广泛的重视和发展,包括风能发电、潮汐能发电、光伏发电等等。其中光伏发电是充分利用太阳能的一种有效手段,极具发展前景。可再生能源大多采用分布式发电技术,通过并网技术汇入大电网,然而大量分布式电源的接入对大电网带来了诸多不利的影响,已经成为其发展的瓶颈,智能微网技术可以有效地解决这个问题。 目前,智能微网已成为各国研究的热点。各国对智能微网的概念尚未统一,本文认为智能微网即微网的智能化,可以灵活的进行并网和离网转化,具有兼容、稳定、灵活、经济等特征。智能微网的发展可以有效促进可再生能源的发展,同时智能微网也对可再生能源技术提出了新的要求。 首先本文阐述了智能微网是电网未来发展的趋势,其能够提供更高的供电可靠性,最大可能地利用清洁能源和促进技术的创新。考虑到建立微网实验架构的复杂性和局限性,本文侧重光伏逆变器的研究。面对智能微网的控制要求,逆变器需要可以灵活地工作于并网模式和离网模式。单级式光伏逆变采用单级式逆变拓扑结构,单周期控制方式,结合扰动观察法实现光伏最大功率点追踪,文中对单周期控制模型和最大功率点跟踪模型进行了深入的研究和探讨。 然后在PSIM仿真环境中建立并网与离网运行控制模式下的仿真模型,在分析其控制原理的基础上给出控制和设计方法,通过仿真验证其模型的有效性和可靠性。 最后考虑智能微网兼容和经济等要求,本文采用ARM Cortex-M3系列处理器,其具有功能完善、兼容性强、经济可靠、开发简单等特点。本文给出了单级式光伏逆变系统的具体硬件设计方案,介绍了基于ARM Cortex-M3系列控制器的控制程序开发方式以及相关的控制流程图。然后结合智能微网的控制要求,使逆变器运行于离线和并网模式,结果表明基于本文提出的控制策略的单级式光伏逆变系统运行稳定,符合设计要求。 【关键词】：光伏发电 最大功率跟踪 智能微网 ARM Cortex-M3
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题背景9-10
• 1.1.1 全球能源危机与环境问题9
• 1.1.2 太阳能光伏发电的优点9-10
• 1.2 光伏发电研究现状及发展趋势10-11
• 1.2.1 光伏发电现状和趋势10-11
• 1.2.2 我国光伏产业的发展瓶颈及对策11
• 1.3 课题研究内容11-13
• 第2章 智能微网13-20
• 2.1 智能电网13-14
• 2.1.1 智能电网背景介绍13
• 2.1.2 智能电网的概念和特征13-14
• 2.2 微网14-16
• 2.2.1 微网的定义14-15
• 2.2.2 微网的重要特征15
• 2.2.3 智能电网和微网的关系15-16
• 2.3 我国智能电网和微网16-18
• 2.3.1 我国智能电网16-17
• 2.3.2 我国微网研究17-18
• 2.3.3 微网需要智能化18
• 2.4 智能微网18-19
• 2.4.1 智能微网的概念18
• 2.4.2 智能电网的特征18-19
• 2.4.3 我国智能微网的发展现状19
• 2.5 本章小结19-20
• 第3章 光伏系统结构20-30
• 3.1 光伏发电系统结构20-24
• 3.1.1 光伏发电系统的结构与分类20-22
• 3.1.2 光伏并网逆变器的关键技术22-24
• 3.2 面向智能微网的光伏逆变器24-29
• 3.2.1 智能微网的结构和运行24-25
• 3.2.2 单级式光伏逆变器拓扑结构25-26
• 3.2.3 单级式光伏逆变器控制方式26-29
• 3.3 本章小结29-30
• 第4章 光伏阵列的MPPT原理及仿真30-50
• 4.1 光伏电池30-33
• 4.1.1 光伏电池受光照影响时的输出30-31
• 4.1.2 光伏电池受温度影响时的输出31-32
• 4.1.3 光伏电池受负载阻抗影响时的输出32
• 4.1.4 光伏电池的电路和模型32-33
• 4.2 最大功率点跟踪方法的比较分析33-36
• 4.2.1 恒定电压法34-35
• 4.2.2 扰动观察法35
• 4.2.3 电导增量法35-36
• 4.3 单周期控制结合扰动观察最大功率追踪36-41
• 4.3.1 单周期最大功率追踪36-39
• 4.3.2 扰动观察法39-40
• 4.3.3 单周期控制结合扰动观察法40-41
• 4.4 最大功率追踪仿真研究41-49
• 4.4.1 离网模式仿真42-45
• 4.4.2 并网模式仿真45-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 光伏逆变系统设计及实验结果50-63
• 5.1 总体设计方案及硬件结构50-54
• 5.1.1 总体设计方案50
• 5.1.2 系统硬件结构50-54
• 5.2 控制器介绍54-57
• 5.2.1 ARM概述55-56
• 5.2.2 ARM特点介绍56-57
• 5.3 控制器的软件结构57-59
• 5.3.1 离线工作模式57-59
• 5.3.2 并网工作模式59
• 5.4 实验分析59-62
• 5.5 本章总结62-63
• 第6章 总结与展望63-64
• 6.1 本文的主要工作63
• 6.2 未来工作的展望63-64
• 参考文献64-68
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文68-69
• 致谢69

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