非隔离光伏并网逆变器直流分量的研究

【摘要】：本文主要研究非隔离型无变压器光伏并网发电系统中有关直流分量的问题，研究的目的就是了解直流分量产生的机理以及危害，重要的是研究抑制或者消除直流分量的方法，从而提高非隔离型无变压器光伏并网发电系统的安全性和可靠性。通过研究提出改进的逆变器和基于虚拟电容的控制模型，并且通过仿真实验对其进行验证。 随着经济高速发展，能源危机日益加剧，加速转变能源结构迫在眉睫。太阳能由于其可再生性、无污染性、使用方便性等优点正日益受到人们的青睐。其中光伏并网发电是太阳能利用的主要发展方向，由于太阳光照分布的广泛性、间歇性以及地形的复杂性等因素，分布式并网发电越来越普及。为了减少成本，分布式并网发电系统中通常不含工频隔离变压器，没有了变压器的隔离作用，系统中就会产生共模电流和直流分量。 针对直流分量产生的机理，分别从逆变器的拓扑结构和控制策略两个方面探讨抑制直流分量的方法。根据对传统的单相全桥并网逆变器和带有交流旁路并网逆变器的分析，单相全桥结构虽然结构简单但是会产生共模电流，对电网造成很大危害；带有交流旁路结构的逆变器由于其功率器件较多，系统的损耗较大。本文提出一种改进型拓扑结构，详细分析了它的工作过程及结构特点，这种结构具有电气隔离的特性，能够较好的抑制直流分量。 建立了一种基于虚拟电容改进的控制模型。传统的PI控制模型虽然控制算法简单，但是控制不够精确，系统存在稳态误差；PR控制虽然能够消除稳态误差，但是不能抑制直流分量，达不到并网发电的要求。改进的模型能够单独分析电网电压和参考电流中的直流分量。通过改进PI反馈信号，它能够完全消除电网电压中的直流分量，再利用虚拟电容的隔直作用，对参考电流中的直流分量进行隔离，防止其注入电网。 设计了一个400V/10A光伏并网发电系统，分别对单相全桥结构、带有交流旁路结构，改进型结构进行仿真实验，通过采用传统的控制策略和采用改进的控制策略进行仿真，得到仿真实验结果，验证了控制模型的可行性。 【关键词】：逆变器 直流分量 虚拟电容 控制策略 光伏并网发电系统
【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
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 本课题的研究背景和意义8-9
• 1.2 光伏并网发电在国内外的发展状况9-12
• 1.2.1 国外光伏并网发电的发展状况10-11
• 1.2.2 国内光伏并网发电的发展状况11-12
• 1.3 光伏并网发电系统介绍12-16
• 1.3.1 并网发电系统的分类12-13
• 1.3.2 光伏系统的结构介绍13-16
• 1.4 本文研究的主要内容16-18
• 第二章 直流分量产生的机理及其抑制措施18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 相关国家对直流分量的规范与标准18-19
• 2.3 直流分量产生的原因19-20
• 2.4 抑制直流分量的策略分析20-25
• 2.4.1 逆变器输出电流分析20-22
• 2.4.2 逆变器的控制策略22-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 改进型并网逆变器直流分量分析26-37
• 3.1 引言26-27
• 3.2 传统逆变器的工作原理及直流分量研究27-33
• 3.2.1 单相全桥逆变器27-29
• 3.2.2 带有交流旁路的并网逆变器29-32
• 3.2.4 H_5 拓扑结构32-33
• 3.3 改进型逆变器的工作原理及直流分量分析33-36
• 3.3.1 拓扑结构介绍33-34
• 3.3.2 工作原理分析34-35
• 3.3.3 改进型逆变器输出直流分量研究35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 抑制直流分量的控制策略研究37-51
• 4.1 引言37
• 4.2 并网逆变器的控制原理分析37-41
• 4.2.1 系统结构介绍37-38
• 4.2.2 控制方法的分类38
• 4.2.3 逆变器的控制原理介绍38-41
• 4.3 电流环控制器设计41-44
• 4.3.1 比例控制器42
• 4.3.2 比例积分控制器42-43
• 4.3.3 改进的控制策略43-44
• 4.4 采用虚拟电容控制策略抑制直流分量的研究44-50
• 4.4.1 虚拟电容控制法的工作原理分析45-48
• 4.4.2 改进的电流调节器设计48-49
• 4.4.3 并网电流锁相设计49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 光伏并网逆变器直流分量的仿真研究51-59
• 5.1 引言51
• 5.2 单相全桥逆变器传统控制方法的仿真51-53
• 5.3 带有交流旁路逆变器的仿真结果53-55
• 5.4 基于虚拟电容控制改进型逆变器的仿真分析55-58
• 5.5 小结58-59
• 第六章 论文总结与展望59-61
• 6.1 论文总结59
• 6.2 论文展望59-61
• 参考文献61-64
• 个人简历 在读期间发表的学术论文64-65
• 致谢65

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