基于Z源逆变器的光伏并网发电系统研究

【摘要】：太阳能发电是重要的可再生能源技术之一,其中逆变器承担着至关重要的核心角色。通常为了获得较高的逆变输出,会在逆变器的前端增加升压电路构成两级式逆变器,经过两级变换不仅降低了效率,而且严格禁止逆变桥上下桥臂直通状态的发生。本文以Z源逆变器为研究对象,针对其在光伏并网发电系统中的具体应用,对其并网控制方案和防孤岛保护等进行深入详细的研究。 本文首先总结了国内外光伏并网发电技术发展现况,明确并网逆变器的作用及设计指标,将Z源逆变器和传统的逆变器对比分析,其电容和电感构成独特的Z网络不仅能够适应各种输入源,而且由于Z网络的升降压特性使其具有更宽的输入电压范围；并且Z源逆变器允许直通状态的存在,使得系统的可靠性得到大大的提高。然后,依据Z源逆变器与电网并联需满足的条件来确定控制目标,建立并网逆变器的模型来设计控制器,由于模型在d、q轴上的耦合,在电流内环闭环矢量控制时,将三相电流交流量变换到同步坐标系下的直流量并变换用作前馈的解耦量,采用经典的PI控制达到交流量的无静差控制,再将矢量的定向选择为电网电压,即q轴分量为零,在电网稳定平衡时,将带有直通零矢量的SVPWM波用到Z源升压和逆变并网控制中,控制电流在d、q轴的分量就可以实现并网有功和无功的独立控制,使输出并网电流与电网电压同频率同相位。最后,在MATLAB环境下验证,控制Z网络的直通矢量的占空比可以实现Z网络的升压；采用电网电压定向的带有直通零矢量的并网控制方案能够实现并网无功电流和有功电流的单独控制,系统可以工作在单位功率因数并网运行状态。 设计10kW实验样机,在对实验波形和数据详细分析后,结果表明基于Z源逆变器的三相光伏并网发电系统的控制方案达到了预计的控制目标。并且系统采取主动频率偏移的防孤岛措施来保证安全,仿真中检测时间小于规定的最大值。 【关键词】：光伏发电 Z源逆变器 并网 SVPWM 电网定向
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 课题的研究背景及意义12-14
• 1.2 光伏并网发电技术的现况及趋势14-18
• 1.2.1 国内外光伏并网发电技术的发展14-18
• 1.2.2 国内外光伏并网发电的趋势18
• 1.3 本文的主要研究内容18-20
• 2 基于Z源逆变器的光伏并网发电系统20-28
• 2.1 系统总体结构20-22
• 2.1.1 光伏阵列20-21
• 2.1.2 并网逆变器21-22
• 2.2 传统逆变器的局限性22-23
• 2.3 Z源逆变器23-28
• 2.3.1 Z源逆变器的电路拓扑23-24
• 2.3.2 Z源逆变器工作原理24-28
• 3 Z源逆变器的并网控制策略28-44
• 3.1 Z源逆变器并网控制目标28-29
• 3.2 Z源逆变器的并网控制系统结构29-34
• 3.2.1 并网逆变器的数学模型29-33
• 3.2.2 电流控制内环33-34
• 3.2.3 电压控制外环34
• 3.4 SVPWM控制算法34-37
• 3.5 SVPWM算法仿真37-44
• 4 Z源并网逆变器的软硬件设计44-56
• 4.1 主电路参数计算45-47
• 4.1.1 Z网络设计45-47
• 4.1.2 逆变模块选型47
• 4.1.3 网侧滤波电感设计47
• 4.2 DSP控制电路设计47-50
• 4.2.1 电网电压检测电路48
• 4.2.2 电流检测及保护电路48-49
• 4.2.3 直流侧电压电流检测电路49
• 4.2.4 逆变模块驱动电路49-50
• 4.3 辅助电源设计50-51
• 4.4 逆变器软件设计51-56
• 4.4.1 主程序流程图52-53
• 4.4.2 PWM定时中断服务程序53-54
• 4.4.3 锁相环程序54-56
• 5 光伏并网发电系统的反孤岛措施56-64
• 5.1 孤岛效应的产生机理56-57
• 5.2 孤岛效应的危害及防护要求57-58
• 5.3 孤岛效应检测方案比较58-61
• 5.4 主动频移反孤岛策略仿真61-64
• 6 系统的仿真以及实验结果64-70
• 6.1 系统仿真64-66
• 6.2 系统实验66-70
• 7 总结与展望70-72
• 7.1 总结70-71
• 7.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 作者简介77

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