高性能非隔离单相光伏并网逆变器控制策略研究

【摘要】：受到光伏并网系统蓬勃发展的推动,许多国家都为此修订了新的电网规范,具有高性能和高可靠性的光伏并网系统已成为未来发展的趋势。本文以非隔离型单相并网逆变器为研究对象,主要包括以下几部分：第一部分在介绍光伏阵列模型与特征的基础上,提出一种基于电流预测控制的自适应变步长最大功率跟踪(MPPT)方法,并与传统最大功率跟踪方法进行对比实验。实验结果表明所提出的最大功率跟踪方法可以很好的兼顾速度、精度和动态响应。在局部阴影条件(PSCs)下,光伏阵列的功率-电压输出特性存在多个局部峰值和一个最大功率点,增加了阵列建模和最大功率点跟踪的复杂性。第一部分建立了阴影条件下光伏阵列的通用模型,并据此提出了一种基于模型的阴影多峰值电压估算方法。在不同阴影条件下,将估算的峰值电压与实际峰值电压比对,证明所提方法具有较高的精度。第二部分首先对并网系统中的单相锁相环(PLL)技术进行了介绍和分析,测试电网突变条件下基于双阶广义积分(SOGI)算法的单相锁相环性能。接着以单相两级式系统为对象,提出了一种基于电网跌落检测的新型逆变控制策略：为了最大程度减少直流母线电压在电网故障期间抬升,直流母线在两级之间灵活控制；在低电压穿越(LVRT)阶段,电网电流采用恒定峰值电流控制方法以避免触发过流保护,其中无功电流的幅值取决于电网跌落的深度；控制回路增加给定并网电流补偿环节,最大程度减少给定并网电流幅值中的两倍频扰动,提高并网电流质量。仿真结果证明所提控制策略具有低电压穿越能力。第三部分对目前常见非隔离单相光伏并网逆变器结构进行比较和分析,介绍全桥类单相并网逆变器漏电流产生机理和抑制方法。在此基础上提出了一种新型全桥型非隔离低漏电流结构。在详细分析该拓扑的工作原理的基础上,根据要求搭建了实验平台,实验结果表明所提拓扑能够有效抑制共模漏电流。 【关键词】：光伏发电系统 最大功率跟踪 局部阴影条件 单相锁相环 低电压穿越 两倍频扰动补偿 非隔离型
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 光伏发电的概况11-13
• 1.2.1 世界光伏发电的历史和现状11-12
• 1.2.2 中国光伏发电的发展和趋势12-13
• 1.3 光伏并网逆变器研究现状13-19
• 1.3.1 光伏并网逆变器结构13-15
• 1.3.2 最大功率跟踪技术15-18
• 1.3.3 锁相环技术18-19
• 1.3.4 非隔离型逆变器19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第二章 光伏发电系统最大功率点跟踪21-48
• 2.1 光伏电池的模型与特性21-25
• 2.2 基于电流预测控制的变步长MPPT算法25-31
• 2.2.1 扰动步长选择25-29
• 2.2.2 变步长MPPT原理29-30
• 2.2.3 电流预测控制原理30-31
• 2.3 实验测试平台31-38
• 2.3.1 微控制器TMS320F280832-33
• 2.3.2 信号采样调理电路33
• 2.3.3 数/模转换电路的设计33-34
• 2.3.4 电流预测控制的变步长MPPT算法实验34-38
• 2.4 阴影条件下阵列多峰值电压估算38-47
• 2.4.1 阴影条件下光伏阵列建模38-43
• 2.4.2 阴影条件下阵列多峰值电压估算43-47
• 2.5 本章小结47-48
• 第三章 单相光伏并网逆变器锁相环和控制策略48-72
• 3.1 单相锁相环48-58
• 3.1.1 乘法器鉴相锁相环建模与响应48-51
• 3.1.2 基于正交信号发生器的锁相环51-57
• 3.1.3 基于SOGI的PLL的实验验证57-58
• 3.2 传统两级式控制策略58-59
• 3.3 LVRT阶段控制策略59-62
• 3.3.1 低电压穿越要求59-60
• 3.3.2 新型控制策略60-62
• 3.4 交流扰动及给定并网电流幅值补偿方法62-65
• 3.5 仿真结果65-71
• 3.6 本章小结71-72
• 第四章 非隔离型低漏电流逆变器72-82
• 4.1 全桥类单相并网逆变器漏电流产生和抑制72-73
• 4.2 新型非隔离并网逆变器73-81
• 4.2.1 电路结构和工作原理74-77
• 4.2.2 实验验证77-81
• 4.3 本章小结81-82
• 第五章 总结与展望82-84
• 参考文献84-90
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文90-91
• 致谢91

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