基于Z源逆变器的单相光伏并网发电系统研究

【摘要】：随着工业对清洁、可再生能源的需求量越来越大,新能源开发已经变得越来越重要。其中,太阳能因其储量大、安全系数高等优势受到了越来越多国家的重视。近几年,光伏并网发电技术取得了长足进步,但依然存在很多亟需解决的问题,如光伏电池发电效率低、谐波含量高、并网电流波形不佳、存在孤岛效应等。针对这些问题,论文以光伏并网发电系统为研究对象,对Z源逆变器及其并网控制策略、光伏最大功率点跟踪技术、孤岛检测技术进行了深入的研究。在分析传统光伏逆变器拓扑结构及其存在局限性基础上,对Z源逆变器进行了研究,阐述了Z源逆变器的升压原理、换流过程、调制方法。仿真研究了光伏电池的输出特性,阐述了光伏最大功率点跟踪的原理以及传统控制策略的不足,研究了基于模糊控制的最大功率点跟踪策略。仿真表明,基于模糊控制的最大功率点跟踪策略相对于传统的扰动观察法控制策略,具有追踪速度快、输出功率稳定等优势。研究了采用电压电流双环控制的Z源光伏并网发电系统,首先研究了Z源逆变器的电压外环、电流内环的双闭环并网控制策略。之后,对并网过程中存在的孤岛现象进行了分析,阐述了孤岛检测的原理、检测方法,提出了基于正反馈的AFD孤岛检测技术。通过Matlab/Simulink仿真分析,验证了并网策略、孤岛检测方法的可行性。基于瑞萨HD64F2166VTE33V单片机设计了Z源光伏并网逆变器,设计了H桥逆变电路、电网电压采集电路、驱动电路,并编制系统软件。实验结果验证了理论分析以及仿真研究的正确性。 【关键词】：光伏发电 最大功率点跟踪 Z源逆变器 并网 孤岛检测
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 光伏产业的发展现状9-12
• 1.2.1 国外光伏产业发展状况9-10
• 1.2.2 国内光伏产业发展状况10-12
• 1.3 光伏并网发电系统研究现状12-15
• 1.4 论文的主要内容15-17
• 第2章 Z源逆变器17-29
• 2.1 并网逆变器的发展和现状17-21
• 2.1.1 并网逆变器的拓扑结构17-19
• 2.1.2 传统逆变电路拓扑的局限性19-21
• 2.2 Z源逆变器21-27
• 2.2.1 Z源逆变器升压原理21-24
• 2.2.2 换流过程24-26
• 2.2.3 Z源逆变器的SPWM控制方法26-27
• 2.3 Z源逆变器建模仿真及分析27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 Z源光伏发电系统MPPT设计29-48
• 3.1 太阳能电池29-35
• 3.1.1 光伏电池的工作原理29-30
• 3.1.2 光伏电池的等效电路30-31
• 3.1.3 光伏电池的特性分析31-35
• 3.2 传统MPPT分析35-39
• 3.2.1 光伏MPPT原理分析35
• 3.2.2 传统的MPPT控制算法比较分析35-39
• 3.3 基于模糊控制的MPPT控制策略39-47
• 3.3.1 模糊控制基本原理39-40
• 3.3.2 基于模糊控制的MPPT原理40-41
• 3.3.3 模糊控制器设计41-45
• 3.3.4 仿真分析45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 Z源光伏并网发电系统设计48-63
• 4.1 Z源逆变器并网策略48-56
• 4.1.1 Z源逆变器并网控制原理48-49
• 4.1.2 Z源逆变器电压电流双环控制49-54
• 4.1.3 仿真分析54-56
• 4.2 Z源光伏并网发电系统反孤岛措施56-62
• 4.2.1 孤岛效应概述56-58
• 4.2.2 孤岛效应机理分析58-59
• 4.2.3 基于正反馈的AFD孤岛检测法59-61
• 4.2.4 仿真分析61-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第5章 Z源光伏并网逆变器硬件实现63-69
• 5.1 系统硬件设计63-66
• 5.1.1 H桥逆变电路设计63
• 5.1.2 SPWM信号电路设计63-64
• 5.1.3 驱动电路设计64-65
• 5.1.4 电网电压采样电路65-66
• 5.2 系统软件设计66
• 5.3 实验分析66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第6章 全文总结与展望69-71
• 6.1 本文研究的工作总结69
• 6.2 后续工作展望69-71
• 参考文献71-75
• 在读期间发表的学术论文及研究成果75-76
• 致谢76

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