光伏并网逆变器的建模与控制器设计

【摘要】：光伏并网发电系统是目前的热点研究问题。并网逆变器是光伏并网发电系统中关键的一环,对其进行研究有着重要的理论与实际意义。文章分析了光伏并网逆变器的研究现状,研究目标包括：单相并网逆变器电压电流双环建模；基于两相静止坐标系下的三相并网逆变器电流环建模；并网电流控制技术；最大功率点跟踪以及孤岛效应功能。通过搭建实验平台来进行理论验证。 对单相并网逆变器,采用前级为BOOST的两级式拓扑,其中前级实现最大功率点跟踪(MPPT)功能,后级采用单电感滤波实现并网电流控制。对常用的MPPT功能进行了比较,采用变步长扰动观察法作为MPPT方法。对后级电压电流双环进行了建模,确定了采用比例积分(PI)双环控制的基本方案；详细分析了直流电压环的建模过程,对常用控制方案进行了对比；针对直流母线电容电压上存在的扰动,对电压环加进前馈以改善输出波形的稳态以及动态性能,以较简单的控制方法实现对电压扰动的有效抑制。对孤岛现象的产生进行分析,在实验中使用被动检测法与主动检测法相结合的方法实现孤岛保护。 对三相并网逆变器,采用了三相三线制的单级拓扑。对三相锁相环进行了介绍。分析了LCL滤波器的特性,由于LCL滤波器谐振尖峰的存在,需要引入阻尼保证系统的稳定。对比了常见的有源阻尼与无源阻尼方案,为使系统简化,最终采用在滤波电容上串接电阻的无源阻尼方案。对LCL滤波器的参数进行了详细设计。对基于LCL滤波器的三相单级并网逆变器进行了建模,在两相静止坐标轴上对控制系统进行设计。对比了电流控制方案,提出了重复控制结合PI补偿的复合控制方案,能够同时保留重复控制以及PI控制的优点,提高系统的性能。 在对原理进行分析之后,对所采用的方案进行了基于MATLAB/simulink的仿真研究,并分别搭建了单相逆变器以及三相逆变器的实验样机及平台,对实验结果进行分析。 【关键词】：光伏并网逆变器 建模 电压环前馈 PI控制 重复控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 光伏发电产业背景10-11
• 1.2 光伏并网逆变器研究现状11-15
• 1.2.1 最大功率点跟踪11-12
• 1.2.2 并网电压电流控制12-13
• 1.2.3 孤岛效应13-14
• 1.2.4 微网14-15
• 1.3 课题研究目标及内容15-16
• 第2章 单相并网逆变器设计16-37
• 2.1 实验总体方案16
• 2.2 最大功率点跟踪(MPPT)16-22
• 2.2.1 MPPT原理分析16-18
• 2.2.2 变步长扰动观察法算法18-19
• 2.2.3 采样方式选取19-22
• 2.3 电压环设计22-26
• 2.3.1 电压环方案介绍及其建模22-25
• 2.3.2 针对二次谐波的前馈补偿25-26
• 2.4 电流环设计26-29
• 2.5 孤岛效应及其保护29-31
• 2.6 单相并网逆变器仿真31-37
• 第3章 三相并网逆变器设计37-56
• 3.1 拓扑介绍37
• 3.2 三相锁相环介绍37-39
• 3.3 滤波器的设计39-44
• 3.3.1 LCL滤波器性能及控制方案分析39-41
• 3.3.2 LCL滤波器参数设计41-44
• 3.4 三相并网逆变器电流控制44-53
• 3.4.1 基于LCL滤波器的三相并网逆变器建模44-47
• 3.4.2 电流环PI控制器设计47-49
• 3.4.3 重复控制49-53
• 3.5 三相并网逆变器仿真53-56
• 第4章 实验波形56-62
• 4.1 单相并网逆变器实验波形56-60
• 4.2 三相并网逆变器实验波形60-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 工作总结62
• 5.2 后续工作展望62-64
• 参考文献64-69
• 致谢69-70
• 作者简历70

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