光伏并网逆变器及其反孤岛控制策略研究

【摘要】：能源紧缺与环境恶化是二十一世纪日益严重的全球性问题。随着人类文明不断的向前发展，全球工业化对能源的需求也不断增长。作为传统能源的煤、石油和天然气等一次能源将最终走向枯竭，人类正面临着严峻的能源危机，必须尽早寻找新的替代能源，能源问题已成为关系整个国民经济和国家安全的社会问题。 本文首先介绍了光伏发电技术的研究背景和研究意义。针对现有光伏发电技术中的各种主电路拓扑，分析其优缺点，选择了一种带工频变压器的单级型三相光伏并网逆变器主电路拓扑。该主电路拓扑有变压器隔离，一方面可防止光伏电池相对于地的寄生电容产生的漏电流流入电网，对电网造成危害；另一方面当光伏电池的母线电压较低时，也可起到升压的作用。 针对已选电路拓扑，分析其控制策略，包括最大功率点跟踪（MPPT）、孤岛检测及其反孤岛保护、并网跟踪控制等方面，所有的功能均在三相逆变器这一级中实现。MPPT采用实验室提出的一种新的控制方法，实现了在最大功率点（MPP）处没有振荡，在外界环境变化较快时，避免了误判。并网跟踪控制要实现光伏逆变器输出的并网电流与电网电压频率相同、相位相同，利用对电网电压的锁相以及根据MPPT可得到并网指令电流。 在深入研究现有的孤岛检测方法的基础上，分析对比了各种检测方法的优缺点及适用场合，提出了一种新的主动式的孤岛检测方法。该方法通过给指令电流施加一个以正弦规律变化的相位扰动，当负载为线性负载时，电流频率超出规定的阈值，断网后便可通过判断负载上电压的频率来确定是否发生孤岛效应。新方法属于开环控制，且无检测盲区。 最后，利用ST公司的Cortex-M3内核的ARM对本文三相光伏并网逆变器的控制系统进行数字化实现。其中包括PWM生成模块，MPPT、动态调节器、并网指令电流的数字化实现等。 对本文的主电路拓扑和控制算法进行了初步的实验验证。实验结果证实了本文方案的可行性，以及理论分析的正确性。 【关键词】：光伏发电 三相逆变 孤岛检测 控制策略 数字控制
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 1.绪论8-26
• 1.1. 光伏发电技术概述8-10
• 1.1.1. 光伏发电技术的研究背景及意义8-9
• 1.1.2 光伏发电技术的发展现状9-10
• 1.2. 光伏发电技术的国家标准10-11
• 1.3. 光伏并网逆变器主电路拓扑的分类11-14
• 1.4. 孤岛效应概述14-17
• 1.4.1. 孤岛效应的概念及产生原因14-15
• 1.4.2. 孤岛效应的危害15-16
• 1.4.3. 孤岛的检测方法概述16-17
• 1.5. 光伏组件概述17-20
• 1.5.1. 光伏组件的原理17
• 1.5.2. 光伏组件的输出特性17-18
• 1.5.3. 光伏组件的参数18-19
• 1.5.4. 影响光伏组件输出的因素19-20
• 1.6. 最大功率点跟踪概述20-24
• 1.6.1. 最大功率点跟踪原理20-21
• 1.6.2. 最大功率点跟踪方法概述21-24
• 1.7. 本文所做工作及章节安排24-26
• 2.三相光伏并网逆变器的结构及其控制策略26-42
• 2.1. 技术指标26-27
• 2.2. 主电路结构及其运行原理27-29
• 2.2.1. 系统结构框图27-28
• 2.2.2. 主电路及其工作原理28-29
• 2.3. 最大功率点跟踪策略29-33
• 2.4. 并网逆变控制策略33-39
• 2.4.1. 指令电流的生成33-36
• 2.4.2. 电流跟踪控制原理36-37
• 2.4.3. 闭环动态设计37-39
• 2.5. 本章小结39-42
• 3.孤岛检测方法研究42-56
• 3.1. 孤岛检测方法概述42-49
• 3.1.1. 被动检测法42-44
• 3.1.2. 主动检测法44-49
• 3.2. 本实验室新方法的研究49-55
• 3.2.1. 新方法原理49-50
• 3.2.2. 参数计算50-55
• 3.3. 本章小结55-56
• 4.系统硬件电路设计56-62
• 4.1. 主电路设计56-58
• 4.2. 基于ARM的控制电路设计58-59
• 4.3. 驱动电路设计59
• 4.4. 检测电路设计59-61
• 4.5. 过流检测及过流保护电路的设计61
• 4.6. 本章小结61-62
• 5.系统软件设计62-72
• 5.1. STM32及KEIL MDK介绍62-64
• 5.2. PWM波形生成模块64-65
• 5.2.1. 定时器介绍64-65
• 5.2.2. PWM波形生成65
• 5.3. A/D采样模块65-68
• 5.4. 锁相环设计68
• 5.5. 最大功率点跟踪设计68-69
• 5.6. 调节器设计69-71
• 5.7. 本章小结71-72
• 6.实验研究72-80
• 6.1. 实验平台介绍72
• 6.2. ADC实验结果72-73
• 6.3. 开环实验调试结果73-78
• 6.4. 本章小结78-80
• 7.总结及展望80-82
• 7.1. 总结80
• 7.2. 展望80-82
• 参考文献82-88
• 攻读学位期间发表的学术论文目录88-94
• 致谢94

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