高频隔离型光伏并网逆变器的孤岛检测技术研究

【摘要】：太阳能是世界上最清洁的能源之一，且取之不尽、用之不竭，其以独特的优势得到世界各国广泛的关注。然而，随着光伏并网发电装置在发电系统中的广泛应用，孤岛效应的发生几率也日益增加，其造成的危害已不容忽视，因此，解决孤岛问题显得尤为重要。目前，国内外光伏并网逆变器所运用的反孤岛方案中存在着孤岛检测盲区大，系统进入孤岛保护的时间过长等问题，本文就是在此背景下，以户用型高频隔离型光伏并网逆变器作为研究对象，对光伏并网发电系统的关键技术——反孤岛方案进行了较为深入的研究。 论文详细分析了孤岛检测方法的工作原理，提出了一种过欠压、过欠频的被动式孤岛检测、主动式移频和主动式移相三种方法相结合的反孤岛方案。针对所提出的反孤岛方案，完成了基于DSP控制的孤岛保护外围电路设计和软件设计。 针对被动式孤岛检测法的盲区，采用功率不匹配坐标系△P×△Q进行定量的描述和分析。对于主动式移频和主动式移相的孤岛检测盲区，分别采用了负载参数坐标系L×C_(norm)和负载特征参数坐标系Q_f×f_0进行定量的描述，通过比较分析，后者更能反应负载电阻变化对检测盲区的影响。 提出了使用电压源输入、电流源输出的控制方式，且并网采用双闭环控制策略对其进行控制，确保了光伏并网逆变器输出的交流电流为稳定的高质量正弦波，且与电网电压同频同相。 搭建了并网测试实验平台，试验验证了所采用的并网控制策略能较好地实现高质量输出电流波形的控制。在所采用的反孤岛方案的非检测区，分别对四种不同的具有代表性的情况进行实验研究，验证了盲区理论描述方法的合理性和可行性，同时也验证了该方案进行孤岛检测的有效性和快速性。 【关键词】：高频隔离型逆变器 孤岛检测 主动移频 主动移相 检测盲区
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题的研究背景及意义11
• 1.2 太阳能光伏发电前景11-13
• 1.3 光伏发电的国内外研究现状13-16
• 1.3.1 国外太阳能发电现状13-15
• 1.3.2 国内太阳能发电现状15-16
• 1.4 光伏并网发电16
• 1.5 孤岛效应16-19
• 1.5.1 孤岛检测技术的历史与现状17-19
• 1.6 本文的主要研究内容19-21
• 第二章 光伏并网发电系统的孤岛效应21-45
• 2.1 孤岛效应的发生及其危害性21-22
• 2.2 孤岛效应检测基本原理及检测盲区22-26
• 2.2.1 检测原理22-25
• 2.2.2 孤岛检测盲区NDZ25-26
• 2.3 孤岛效应检测方法26-35
• 2.3.1 被动式孤岛检测与保护26-28
• 2.3.2 主动式孤岛检测与保护28-34
• 2.3.3 电网侧反孤岛检测法34-35
• 2.4 孤岛检测方案有效性评估35-44
• 2.4.1 被动式孤岛检测有效性评估35-39
• 2.4.2 基于L × C_(norm)坐标系的主动式检测方案有效性评估39-41
• 2.4.3 基于Q_f× f_0坐标系的主动式检测方案有效性评估41-44
• 2.5 本章小结44-45
• 第三章 光伏发电系统硬件设计45-55
• 3.1 控制系统硬件总体框图45-46
• 3.2 控制芯片选择46-47
• 3.3 系统主电路设计47-52
• 3.3.1 移相软开关电路设计47-51
• 3.3.2 全桥逆变电路设计51-52
• 3.4 外围采样保护电路设计52-54
• 3.4.1 电网电压及同步信号检测电路52
• 3.4.2 输出电流检测及保护电路52-53
• 3.4.3 孤岛检测电路的设计53-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 系统软件设计及实现55-64
• 4.1 基于DSP控制系统软件结构设计55-57
• 4.1.1 主程序软件结构设计55-56
• 4.1.2 中断子程序软件结构设计56-57
• 4.2 电网同步的软件实现57-59
• 4.2.1 并网控制策略的总体设计58-59
• 4.2.2 电网电压的实现59
• 4.3 孤岛检测控制算法的软件实现59-63
• 4.3.1 过压/欠压、过频/欠频的被动式孤岛检测法59-61
• 4.3.2 主动移频式孤岛检测法61
• 4.3.3 主动移相式孤岛检测法61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 实验平台介绍及实验结果分析64-73
• 5.1 测试设备介绍64-65
• 5.2 并网电压电流波形65
• 5.3 被动式孤岛保护实验论证65-68
• 5.4 主动移频式孤岛保护实验论证68-70
• 5.5 主动移相式孤岛保护实验论证70-72
• 5.6 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 附件78

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