基于滤波反步法的光伏并网逆变器研究与设计

【摘要】：随着全球经济的发展,传统化石燃料日渐枯竭,新型绿色能源的开发越来越受到人们的重视。太阳能作为一种分布广泛、能量巨大、清洁的可再生能源深受人们的青睐。光伏并网发电是太阳能利用的一种重要方式,光伏并网逆变器作为光伏并网发电的主要设备,其性能的优劣决定着光伏并网发电系统是否能高质量、可靠地向电网输送电能。因此,研究一种高性能的光伏并网逆变器具有重要的现实意义。本文主要围绕单相光伏并网逆变器的并网控制策略进行了深入研究,并设计了一种基于滤波反步法的单相光伏并网逆变器,主要内容如下：论文在研究单相光伏并网逆变器的输入源和输出控制方式,以及单相光伏并网逆变器的主电路拓扑结构的基础之上,详细分析了单相全桥逆变器的工作原理,并建立了单相全桥光伏并网逆变器的数学模型。然后采用非线性控制方法中的反步法作为并网控制策略进行研究,分析其存在的缺陷,进而提出了一种基于滤波反步法的单相光伏并网逆变器,并运用Matlab/Simulink仿真工具建立了基于反步法的单相光伏并网逆变器和基于滤波反步法的单相光伏并网逆变器的仿真模型,仿真比较了两种并网控制策略的优劣。接着,研制了基于滤波反步法的小功率单相光伏并网逆变器样机,详细介绍了样机的主要硬件电路工作原理和电路参数计算方法,以及软件设计中各个模块的设计方法和程序流程图运行过程。最后,搭建了小功率单相光伏并网逆变器的实验系统,并实验测试和分析了开关管驱动电路的输出波形,以及小功率单相光伏并网逆变器输出的并网电流和电网电压的同步效果。仿真及实验结果表明：本文研究的滤波反步法并网控制策略可以较好实现对光伏并网逆变器的并网控制,所研制的小功率单相光伏并网逆变器样机得到的并网电流与电网电压相位差在8。以内,并网电流谐波符合国家并网标准。 【关键词】：光伏并网逆变器 并网控制策略 非线性 反步法
【学位授予单位】：广西师范大学
【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8-15
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外光伏发电发展现状9-10
• 1.2.1 国外光伏发电的发展现状9-10
• 1.2.2 国内光伏发电的发展现状10
• 1.3 单相光伏并网逆变器的主要技术10-11
• 1.3.1 最大功率追踪控制10-11
• 1.3.2 并网控制11
• 1.3.3 孤岛检测11
• 1.4 单相光伏并网逆变器的技术要求11-12
• 1.4.1 电网电压与并网电流之间允许的相位差11-12
• 1.4.2 并网电流谐波标准12
• 1.5 单相光伏并网逆变器原理图及各部分功能简介12-13
• 1.6 本文的主要研究内容和结构安排13-15
• 第2章 单相光伏并网逆变器的分析15-21
• 2.1 光伏并网逆变器输入源和输出控制方式15-16
• 2.1.1 光伏并网逆变器直流电能输入源15-16
• 2.1.2 光伏并网逆变器输出控制方式16
• 2.2 单相光伏并网逆变器主电路拓扑结构16-21
• 2.2.1 光伏并网逆变器的相数16
• 2.2.2 光伏并网逆变器主回路拓扑结构16-19
• 2.2.3 滤波器结构19-21
• 第3章 单相光伏并网逆变器的并网控制策略研究21-37
• 3.1 单相光伏并网逆变器的数学模型21-23
• 3.2 单相光伏并网逆变器并网控制策略的选择23
• 3.3 基于反步法的单相光伏并网逆变器控制系统23-25
• 3.4 基于滤波反步法的单相光伏并网逆变器控制系统25-28
• 3.4.1 滤波反步法设计25-26
• 3.4.2 滤波反步法稳定性分析26-28
• 3.5 仿真分析28-37
• 3.5.1 基于反步法的并网控制方法仿真28-32
• 3.5.2 基于滤波反步法的并网控制方法仿真32-36
• 3.5.3 两种并网控制方法仿真结果对比及分析36-37
• 第4章 单相光伏并网逆变器样机设计37-53
• 4.1 硬件设计37-46
• 4.1.1 主控制器的选型与设计37-38
• 4.1.2 直流侧滤波电容的选取38-39
• 4.1.3 输出端LCL滤波电路参数设计39-40
• 4.1.4 开关管驱动电路设计40-41
• 4.1.5 电压和电流采样电路设计41-42
• 4.1.6 保护电路设计42-43
• 4.1.7 辅助电源设计43-46
• 4.2 软件设计46-53
• 4.2.1 AD采样信号的FIR数字滤波设计46-48
• 4.2.2 二阶低通滤波器设计48-49
• 4.2.3 滤波反步法设计49-50
• 4.2.4 SPWM波的生成50-53
• 第5章 实验结果及分析53-58
• 5.1 开关管驱动电路的测试结果及分析53-55
• 5.2 逆变器输出电流同步效果的测试结果及分析55-58
• 第6章 总结与展望58-59
• 6.1 总结58
• 6.2 工作展望58-59
• 参考文献59-62
• 攻读学位期间参与的课题研究及取得的研究成果62-63
• 致谢63-64

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