多功能光伏并网逆变器自适应控制策略的研究

【摘要】：随着工业化的发展，出现了环境污染问题和电网谐波污染问题，前者主要是由于化学能源的大量使用造成的，是一种“看得见的污染”；后者则是由各种非线性负载的不规则电流造成的，是一种“看不见的污染”。为有效地治理这两种污染并缓解能源短缺所带来的压力，本文基于多功能的光伏并网逆变器展开了研究工作。 上述多功能光伏并网逆变器具有两种工作模式：光伏并网发电模式和有源滤波模式。第一种模式属于新能源发电，可以缓解目前的能源紧缺问题；第二种模式可以解决谐波污染问题，改善电能质量。本文的创新点是探索一种新颖的自适应比例谐振控制策略，以实现这两种模式下的统一自适应控制，并用仿真与实验进行验证。 第一，对比分析了各种光伏并网逆变拓扑的优缺点并阐述了两级式并网逆变器的工作原理及漏电流情况，然后确定本文所使用的拓扑电路。 第二，针对并网电流控制过程中PI控制误差较大的问题及比例谐振控制受电网频率变化影响的缺陷，重点分析了基于特定滤波器的自适应比例谐振控制器的自适应原理，并用数学推导及仿真对谐振控制器的频率自适应效果进行了验证。 第三，分析了在光伏并网系统中拓展谐波补偿功能的必要性和可行性；针对传统谐波电流检测方法及补偿电流控制方法的不足，着重分析了自适应滤波器的推广应用及光伏并网与有源滤波的自适应控制环路的构建；最后基于控制环路整定了系统的控制参数。 第四，在对比分析常用的最大功率点跟踪方法的基础上，提出了一种基于Boost升压电路占空比直接扰动的自适应变步长最大功率点跟踪方法。 第五，搭建了多功能并网逆变器的仿真模型并进行了仿真，研制了一台4kVA的样机并进行了测试，详细分析了仿真和实验结果，验证了在频率变化的条件下两种模式均可以实现自适应控制，并且控制效果良好。 【关键词】：比例谐振 自适应 并网逆变器 最大功率点跟踪 频率漂移
【学位授予单位】：南昌航空大学
【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6-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景及研究现状8-12
• 1.1.1 课题研究背景8-9
• 1.1.2 国外光伏并网逆变器的研究现状9-10
• 1.1.3 国内光伏并网逆变器的研究现状10-12
• 1.2 光伏发电系统概述12-13
• 1.3 本论文研究的主要内容13
• 1.4 本章小结13-14
• 第2章 单相并网逆变拓扑及工作原理14-23
• 2.1 光伏并网逆变器的拓扑结构14-16
• 2.2 单相全桥非隔离型并网逆变器的工作原理16-20
• 2.2.1 前级升压电路的工作原理16-18
• 2.2.2 后级逆变电路的调制技术18-20
• 2.3 光伏并网逆变器漏电流分析20-22
• 2.3.1 共模漏电流产生的机理20-21
• 2.3.2 抑制漏电流的单相光伏逆变电路21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 新颖的频率自适应比例谐振控制技术23-37
• 3.1 单相并网逆变模型23-24
• 3.2 并网电流跟踪控制技术24-26
• 3.2.1 基于电网电压前馈的PI控制24-25
• 3.2.2 比例谐振控制25-26
• 3.3 自适应比例谐振控制器分析26-34
• 3.3.1 比例谐振控制器的闭环形式26-27
• 3.3.2 基于自适应滤波器的自适应比例谐振控制器27-31
• 3.3.3 工频自适应比例谐振控制器的实现31-32
• 3.3.4 数学分析32-34
• 3.4 仿真验证34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 基于自适应 PR 的多功能并网逆变器37-55
• 4.1 引言37-38
• 4.2 多功能并网逆变器中的有源电力滤波器38-41
• 4.2.1 网侧逆变器的运行矢量图38-39
• 4.2.2 并联型有源电力滤波器的工作原理39-41
• 4.3 基于瞬时无功理论的谐波电流检测41-44
• 4.4 自适应策略在APF中的推广应用44-47
• 4.5 单相光伏并网与有源电力滤波的综合控制47-52
• 4.5.1 光伏并网工作模式的控制48-50
• 4.5.2 有源滤波工作模式的控制50-52
• 4.6 参数整定52-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第5章 最大功率点跟踪技术55-66
• 5.1 光伏电池板的输出特性55-57
• 5.2 最大功率点跟踪原理57-58
• 5.3 最大功率点跟踪方法比较58-63
• 5.3.1 开环MPPT方法58-59
• 5.3.2 闭环MPPT方法59-63
• 5.4 步长自适应跟踪法63-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第6章 系统仿真与实验66-80
• 6.1 系统仿真模型及仿真参数66-67
• 6.2 实验测试方案及实验参数67-69
• 6.3 并网发电模式仿真与实验69-75
• 6.3.1 MPPT仿真波形69
• 6.3.2 不同控制方式下的仿真波形对比分析69-72
• 6.3.3 不同控制方式下的实验波形对比分析72-75
• 6.4 有源滤波模式仿真与实验75-79
• 6.4.1 不同控制方式下的仿真波形对比分析75-77
• 6.4.2 不同控制方式下的实验波形对比分析77-79
• 6.5 本章小结79-80
• 第7章 总结和展望80-81
• 7.1 全文总结80
• 7.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 发表论文和参加科研情况说明85-86
• 致谢86-87

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