三相光伏并网逆变器的研制及并网控制策略研究

【摘要】：随着当今社会能源和环境问题的日益突出,作为可再生能源的太阳能能源得到了广泛的研究和应用。为了充分发挥光伏发电的独特优势及提高其利用效率,大型光伏并网发电成为新能源领域的发展趋势。本文主要研究光伏电压型并网PWM逆变器的并网控制,光伏并网系统具有输出电流正弦化、功率因数可调、消除电网侧谐波分量,具备反孤岛检测等功能,输出电能质量符合分布式发电并网标准。 本文以实际项目为背景,设计并研制了基于DSP的三相电压型并网PWM逆变器,论文的主要工作如下： 首先,本文对三相电压型并网PWM逆变器主电路拓扑结构、工作原理进行了详细分析,建立三相电压型并网PWM逆变器在静止、旋转坐标系下的数学模型,为系统的并网控制策略设计奠定了基在此基础上建础。 第二,根据所建立的数学模型,详细分析了三相并网逆变器的并网控制策略,包括直接电压定向控制方法的理论分析及实现方法；空间矢量脉宽调制法的基本原理和实现流程；三相软件锁相环的原理分析及设计。结合实际系统参数设计通过Matlab/simulink仿真软件对并网控制方法进行仿真验证,通过仿真结果证明上述控制策略的可实现性。 第三,简要介绍了反孤岛检测技术的基本原理和检测标准,详细对比分析了各种被动式和主动式孤岛检测方法的基本原理及其适用范围,并通过软件仿真验证各主动式方法的有效性,通过仿真结果进行盲区分析,同时结合主动式孤岛检测方法提出一种组合式的主动式孤岛检测方法,本文给出了该方法的实现流程,并通过软件仿真验证该方法具有检测时间短、检测盲区小及对电能质量影响较小的特点。 第四,详细给出了DSP主控芯片、IGBT驱动电路、电压电流检测电路、锁相电路、保护电路、缓冲电路等硬件电路的设计,并根据主电路参数设计原则确定主电路中交流电抗器及电容器的取值。 第五,基于TI公司的开发软件CCS3.3对三相电压型PWM逆变器进行了软件设计,详细介绍并编写A/D采样程序、并网锁相程序、闭环PI控制程序、SVPWM程序、保护程序等。 最后,设计并研制了3kW的三相电压型并网PWM逆变器样机。通过软硬件调试得到较理想的实验结果,验证上述控制理论的有效性。 【关键词】：并网发电系统 三相软件锁相环 SVPWM 孤岛检测
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景与意义12-13
• 1.2 光伏发电现状与发展13-14
• 1.3 光伏并网发电系统14-16
• 1.4 本文的主要工作16-18
• 第二章 三相光伏逆变器主电路拓扑与数学模型18-25
• 2.1 三相光伏逆变器主电路拓扑18-19
• 2.2 三相逆变器输出滤波器结构19-20
• 2.3 基于LC型滤波器的三相光伏逆变器数学模型20-24
• 2.3.1 电路拓扑结构20
• 2.3.2 并网模式下的数学模型20-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 光伏发电系统并网控制策略25-45
• 3.1 光伏并网逆变器控制策略概述25-26
• 3.2 基于电网电压定向的矢量控制技术26-32
• 3.3 电压空间矢量控制32-36
• 3.4 三相锁相环系统36-39
• 3.5 仿真模型及仿真波形分析39-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 光伏发电系统孤岛检测方法分析45-73
• 4.1 孤岛效应及检测标准45-47
• 4.2 孤岛现象分析47-49
• 4.3 孤岛检测方法简介49-54
• 4.4 孤岛检测仿真模型54-64
• 4.5 检测盲区分析64-66
• 4.6 主动式孤岛检测法在多机光伏网系统中的应用分析66-68
• 4.7 一种组合式孤岛检测方法68-72
• 4.8 本章小结72-73
• 第五章 三相并网发电系统的硬件设计73-84
• 5.1 三相电压型并网逆变器整体构架分析73-74
• 5.2 主功率电路硬件设计74-79
• 5.2.1 功率器件IGBT的选型74
• 5.2.2 直流侧电容设计74-76
• 5.2.3 交流侧滤波器设计76-77
• 5.2.4 IGBT驱动电路设计77-78
• 5.2.5 吸收电路设计78-79
• 5.3 系统控制电路硬件设计79-82
• 5.3.1 核心控制板电路设计79-80
• 5.3.2 检测电路设计80-82
• 5.3.3 锁相电路设计82
• 5.3.4 保护电路设计82
• 5.4 抗干扰措施82-83
• 5.5 本章小结83-84
• 第六章 三相并网发电系统软件设计84-91
• 6.1 CCS软件开发简介84
• 6.2 系统主程序和中断服务程序设计84-85
• 6.3 软件锁相环程序设计85-87
• 6.4 控制算法程序设计87-89
• 6.5 孤岛检测子程序设计89-90
• 6.6 本章小结90-91
• 第七章 实验及结果分析91-94
• 总结与展望94-96
• 参考文献96-100
• 致谢100-101
• 学位论文评闽及答辩情况表101

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