户用型光伏并网发电控制技术研究

【摘要】：由于能源危机和环境污染的不断加剧,光伏并网发电已经成为各国为解决能源与环境矛盾的一个重要关键点。在光伏并网发电系统中,由于户用型光伏并网发电可以克服日照的分散性缺点；且在电网终端并网,所发出电能被负载就地消耗,减小了电能在传输过程中造成的损失。这样在灵活性和经济性上,都比光伏电站具有更大优势。因此,户用型并网发电技术已成为新能源领域国内外众多学者的研究热点。 本文主要对基于双级式户用型光伏并网发电控制技术进行分析和讨论。主要包括最大功率跟踪、并网控制以及光伏并网的有源滤波进行深入的理论分析。 首先,对户用型光伏并网发电的拓扑结构进行介绍,在此基础上选择双级式非隔离并网逆变器作为本文的研究重点。对其主电路参数进行设计；对目前单相并网逆变器的调制方法进行讨论,给出有限单极性调制效率高,适合于光伏发电。 其次,对光伏并网逆变器控制算法进行研究。由于采用双级式拓扑结构,所以控制算法可分为Boost和逆变桥两级。Boost电路主要控制策略为软充电和最大功率追踪控制；在逆变器电路中,对锁相环、电流内环控制、电压外环控制进行讨论。对于逆变器的并网启动的几个实际情况也进行讨论。 再次,由于传统的并网发电技术仅仅有功输出,本文在此基础上对其进行改进。针对装置利用率不高这一缺点,提出了光伏并网逆变器只要在算法上稍加改动,即可实现有源滤波功能。 最后,对光伏并网逆变器的软硬件关键技术进行研究。硬件部分主要对采样电路进行设计,软件部分主要对PID控制器的软件实现以及实际中存在的一些问题进行分析。在完成样机关键部分设计后,进行了实验分析。实验对在理论分析中的母线电压及其二次纹波进行了观察,此外对逆变器启动以及稳态并网也进行了实验。 【关键词】：光伏 并网 最大功率追踪 电流控制 有源滤波
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 光伏发电的背景及意义10-11
• 1.2 课题的研究背景及意义11-12
• 1.3 户用型光伏并网在国内外的发展现状12-13
• 1.3.1 国外发展现状12-13
• 1.3.2 国内发展现状13
• 1.4 本论文的主要工作13-15
• 第2章 户用型光伏并网逆变器的结构设计15-34
• 2.1 单相光伏并网逆变器拓扑结构分类15-16
• 2.2 户用型光伏并网逆变器的容量选择16-17
• 2.3 主电路参数设计17-23
• 2.4 SPWM调制方法23-27
• 2.5 非隔离光伏并网逆变器的问题研究27-33
• 2.5.1 直流分量27-29
• 2.5.2 共模电流29-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 光伏并网逆变器控制算法研究34-57
• 3.1 Boost控制算法研究34-41
• 3.1.1 充电控制34-35
• 3.1.2 MPPT算法研究35-39
• 3.1.3 Boost电路仿真分析39-41
• 3.2 功率控制矢量分析41-43
• 3.3 锁相环设计43-45
• 3.3.1 基于瞬时无功理论的锁相环技术44
• 3.3.2 锁相环技术的仿真分析44-45
• 3.4 电流内环设计45-51
• 3.4.1 电网前馈控制46-48
• 3.4.2 PI控制器设计48-49
• 3.4.3 同步旋转坐标系有功无功分离控制49-50
• 3.4.4 电流内环仿真分析50-51
• 3.5 电压外环设计51-54
• 3.5.1 电压差52
• 3.5.2 功率环52-53
• 3.5.3 电压外环仿真分析53-54
• 3.6 逆变器并网启动54-56
• 3.6.1 减小并网电流冲击54-55
• 3.6.2 直接并网55-56
• 3.6.3 间接并网56
• 3.7 本章小结56-57
• 第4章 光伏并网功率控制技术研究57-71
• 4.1 三相电路无功和谐波电流实时检测57-59
• 4.2 单相电路无功及谐波电流实时检测59-66
• 4.2.1 基于瞬时无功理论的单相无功及谐波电流检测60-65
• 4.2.2 单相电路无功及谐波电流仿真分析65-66
• 4.3 单相光伏并网的有源滤波功能研究66-70
• 4.3.1 并网指令电流的合成66-68
• 4.3.2 单相光伏并网的有源滤波的仿真分析68-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第5章 系统硬软件设计及实验分析71-87
• 5.1 硬件电路设计71-79
• 5.1.1 功率模块设计71-72
• 5.1.2 母线电容设计72
• 5.1.3 开关管驱动电路设计72-73
• 5.1.4 AD转换及采样电路设计73-79
• 5.2 并网逆变器关键程序设计79-84
• 5.2.1 逆变器PID算法设计79-80
• 5.2.2 数字PID调节器的的实际问题80-82
• 5.2.3 电网电压过零捕捉中断函数处理82-84
• 5.3 实验验证84-86
• 5.4 本章小结86-87
• 结论87-88
• 致谢88-89
• 参考文献89-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文92

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