单相光伏并网发电逆变器控制的研究

【摘要】：可再生能源的开发与利用已成为当今世界各国发展的热点，太阳能作为最基本的能源，以其普遍存在、取之不尽和清洁的特性，成为众多的可再生能源中研究的焦点。太阳能的利用方式有多种，其中光伏并网发电受到世界各国的极大重视。 本文对单相光伏并网发电系统做了较全面的阐述和研究，重点分析了系统的参数设计和逆变器控制方案。并针对光伏并网系统在光照太强的情况下出现输入功率与输出功率不匹配，从而使得直流母线电容上电压过高损坏，最终导致系统功率丢失这一现象，提出了一种保护策略，即直流母线电压保护。论文主要内容如下： 首先，对于光伏并网发电系统的不同拓扑结构及工作原理进行了阐述，并对并网发电的光伏电池技术、最大功率点跟踪技术和逆变器的控制技术进行了研究。 其次，在详细分析了光伏电池的工作机理后，建立了光伏电池的模型。并讨论了变步长扰动的最大功率点跟踪技术，通过PSIM仿真，验证了光伏电池模型的正确性。 接着，设计了系统主电路和控制电路。对主电路各部分参数进行了分析计算。在系统控制上，提出了Boost三环控制，即在电压控制外环和电流控制内环的基础上，增加一个直流母线保护环的控制，该控制环在母线电压升高时，自动协调输入功率匹配输出功率，使得母线电压不至于过高。对系统的锁相环技术进行了详细分析，在PSIM中进行了建模仿真。 最后，通过PSIM仿真软件对系统整体进行了仿真，得出了系统各部分仿真波形，验证了系统设计的合理性。 【关键词】：光伏并网 逆变器 最大功率点跟踪 平均电流控制
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 课题来源和研究背景8-9
• 1.2 光伏并网发电的国内外发展前景9-10
• 1.3 光伏并网发电技术现状10-11
• 1.4 本论文研究的主要内容11-12
• 第二章 光伏并网发电系统12-19
• 2.1 光伏发电系统简介12-17
• 2.1.1 光伏发电系统类型12-13
• 2.1.2 光伏并网系统逆变电路类型13-16
• 2.1.3 最大功率点跟踪技术16-17
• 2.1.4 光伏并网系统控制策略17
• 2.2 系统主电路及其控制电路的设计17-18
• 2.3 本章小结18-19
• 第三章 光伏电池的建模与最大功率点跟踪19-30
• 3.1 光伏电池模型的建立19-24
• 3.1.1 光伏电池工作原理19-21
• 3.1.2 光伏电池的等效模型21-22
• 3.1.3 光伏电池的电气特性22-24
• 3.2 变步长的扰动观察法24-25
• 3.3 光伏电池在 PSIM 中的仿真25-29
• 3.3.1 仿真模型25-27
• 3.3.2 仿真结果27-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第四章 光伏并网系统主电路及其参数设计30-44
• 4.1 主电路及技术指标30-31
• 4.1.1 并网系统主电路结构30
• 4.1.2 硬件系统技术指标30-31
• 4.2 主电路各部分工作原理31-37
• 4.2.1 Boost 电路工作原理31-33
• 4.2.2 逆变电路工作原理33-34
• 4.2.3 逆变电路调制原理34-37
• 4.3 光伏并网发电系统中主要参数设计37-42
• 4.3.1 Boost 电路电感设计37-38
• 4.3.2 逆变电路滤波电感设计38-40
• 4.3.3 直流母线电容设计40-42
• 4.4 本章小结42-44
• 第五章 光伏并网发电系统控制策略分析44-54
• 5.1 控制系统及技术指标44-45
• 5.1.1 控制系统概括44
• 5.1.2 控制系统技术指标44-45
• 5.2 Boost 电路三环控制设计45-51
• 5.2.1 前馈设计45-46
• 5.2.2 Boost 电路电流内环的控制设计46-48
• 5.2.3 Boost 电路电压外环的控制设计48-50
• 5.2.4 Boost 电路直流母线电压保护环设计50-51
• 5.3 逆变电路控制设计51-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 单相光伏并网变换器锁相环分析54-63
• 6.1 硬件锁相环54
• 6.2 软件锁相环54-55
• 6.3 基于二阶广义积分器的锁相环55-59
• 6.3.1 正交分解模块55-57
• 6.3.2 Park 变换模块57-58
• 6.3.3 闭环控制模块58-59
• 6.4 仿真分析59-61
• 6.5 本章小结61-63
• 第七章 系统仿真结果与分析63-68
• 7.1 光伏并网系统仿真模型63
• 7.2 最大功率点跟踪仿真63-64
• 7.3 参数设计仿真验证64-65
• 7.4 电网电压和并网电流波形65-66
• 7.5 直流母线电压保护仿真结果66-67
• 7.6 本章小结67-68
• 第八章 结论与展望68-69
• 8.1 结论68
• 8.2 展望68-69
• 参考文献69-71
• 个人简历 在读期间发表的学术论文71-72
• 致谢72

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