三相光伏逆变器并网同期控制技术的研究

【摘要】：近年来,随着全球经济迅速发展和人口数量不断增加,能源紧缺和环境污染成为世界各国共同面临的难题,开发和利用绿色新能源势在必行,光伏发电作为绿色环保、清洁无污染的最优质替代能源将在新能源领域中占主导地位。光伏并网发电系统能量转换和控制的核心是三相光伏并网逆变器,如何控制并网逆变器将光伏阵列产生的直流电转化为与电网电压同频、同相、同幅值的三相交流电再同期并入电网成为研究的热点。 本文针对三相光伏并网逆变器控制系统,将光伏逆变器的并网同期控制技术作为对象展开研究,以往国内外大多以控制电流或电压的形式实现同期并网,但近年来随着并网逆变器功率等级的提高,传统的控制策略在动态性能方面略显欠缺,因此本课题采用了一种新型的虚拟磁链定向的直接功率滞环控制策略,直接将逆变器输出的瞬时有功、无功功率作为被控量进行功率的闭环控制,取得了功率的快速控制响应,引入改进的虚拟磁链观测器来精确定向电网电压的相位和频率,实现了逆变器单位功率因数同期并网运行。针对孤岛保护问题,研究了基于Sandia-频移的反孤岛策略,并给出了基于S-函数的Sandia-频移法仿真模型,验证其具检测孤岛速度快,控制思想简单,NDZ小等优点。以TMS320F2407为控制核心,搭建了系统的仿真模型和15kW实验样机,通过静态以及动态的仿真实验,验证了虚拟磁链定向的跟踪效果以及直接功率滞环控制的快速性。 本课题设计的三相光伏逆变器并网同期控制系统实现了高动态性能解耦的有功、无功控制,且定向精确、控制结构简单、鲁棒性好,具有很高的可靠性。 【关键词】：光伏发电 三相并网逆变器 同期控制 虚拟磁链 直接功率控制
【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
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 课题研究的背景及意义14-15
• 1.2 光伏逆变器并网同期控制技术研究现状15-17
• 1.3 并网同期控制策略概述17-18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 2 三相光伏逆变器并网同期控制原理20-28
• 2.1 并网同期控制原理和技术要求20-23
• 2.1.1 控制原理20-21
• 2.1.2 并网技术要求21-23
• 2.2 并网同期控制策略23-26
• 2.2.1 常规的同期控制策略23-25
• 2.2.2 虚拟磁链定向的直接功率控制策略25-26
• 2.3 本章小结26-28
• 3 逆变器的并网同期控制28-42
• 3.1 逆变器并网同期控制策略28-40
• 3.1.1 瞬时功率的定义28-30
• 3.1.2 虚拟磁链观测器30-35
• 3.1.3 功率滞环比较器35-36
• 3.1.4 SVPWM控制算法36-38
• 3.1.5 控制开关表38-40
• 3.2 逆变器同期并网总体控制方案40
• 3.3 本章小结40-42
• 4 并网系统的孤岛保护42-52
• 4.1 孤岛效应的机理42-43
• 4.2 反孤岛策略43-46
• 4.2.1 反孤岛策略分析44
• 4.2.2 基于Sandia频移的反孤岛策略44-46
• 4.3 基于S-函数反孤岛策略的仿真46-50
• 4.4 本章小结50-52
• 5 并网同期控制系统的设计52-62
• 5.1 系统总体结构52-53
• 5.2 主电路设计53-57
• 5.2.1 Boost升压电路53-55
• 5.2.2 IPM模块的选型55-56
• 5.2.3 网侧滤波电感设计56-57
• 5.3 检测电路设计57-58
• 5.3.1 直流电压采样电路57
• 5.3.2 交流电流采样电路57-58
• 5.4 DSP控制电路设计58-60
• 5.4.1 DSP辅助电源电路58-59
• 5.4.2 IGBT驱动电路59
• 5.4.3 过流保护电路59-60
• 5.5 系统软件设计60-61
• 5.6 本章小结61-62
• 6 系统仿真和实验调试62-72
• 6.1 并网同期控制系统的仿真62-67
• 6.1.1 系统仿真62-64
• 6.1.2 结果分析64-67
• 6.2 15kW并网逆变器的实验调试67-71
• 6.2.1 同期并网运行试验67-69
• 6.2.2 实验波形分析69-71
• 6.3 本章小结71-72
• 7 总结与展望72-74
• 7.1 总结72-73
• 7.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 作者简介及读研期间主要科研成果80

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