基于单周期控制的光伏逆变技术研究

【摘要】：随着世界人口的不断增多,环境问题及能源问题的日益严重,可再生能源得到了极大的重视及发展。由于太阳能有着取之不尽、用之不竭、清洁无污染等优点,备受着人们的关注。太阳能的利用形式目前有三种：光伏利用(PV),光热利用和光化学利用。近些年,光伏并网发电系统已在发达国家得到了广泛的应用,提高光伏并网发电系统的经济效益是目前急需解决的问题。光伏并网系统的效率主要由光伏阵列的效率、逆变器的效率和交流侧的并网效率组成。本文重点从这三方面展开研究工作。 首先,本文介绍了国内外光伏并网发电的现状及发展前景,并对光伏发电的关键技术作了简单的介绍与分析,对光伏并网发电建立了总体的认识。 其次,光伏电池的输出具有非线性的特征,本文采用仿真的形式分析了光伏电池的输出特性,重点提出了改进型最大功率点跟踪的方法,该方法简单易实现,能够使光伏阵列工作在最大功率点上,使得整个系统的效率提高。 然后,对光伏并网逆变器的拓扑结构进行了研究,提出了一种逆变器的新型拓扑结构,该结构简单,相对于单级式并网逆变器其具有升、降压的功能,能够适应较宽的电压范围,同时介绍了基于ARM Cortex-M3系列控制器实现数字单周期控制,与传统的模拟单周期控制相比,其具有功耗低、体积小、精确度更高等优点,通过Matlab仿真和实验验证了该方案有效性。 最后,本文对光伏系统并网进行了研究,提出了两种方案,方案一使用的是传统的桥式逆变电路,功率开关管采用了新的导通方式并结合单周期的控制策略,使电流跟踪电网电压,实现有效并网；方案二使用的是新型桥式拓扑,通过单周期控制使逆变器输出电压与电网同幅、同频、同相。同时,对并网过程中存在的孤岛现象进行了简单的分析研究,提出了基于单周期控制的频率扰动法,有效地检测出孤岛,并用Matlab做了仿真分析,验证了该检测方法的正确性。 【关键词】：最大功率点跟踪 单周期控制 并网逆变器 ARM Cortex-M3 孤岛
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 太阳能的利用概况8-9
• 1.2 光伏产业的发展前景9-11
• 1.2.1 国外发展状况9-10
• 1.2.2 我国光伏产业的发展状况10-11
• 1.3 光伏逆变器研究的关键技术及现状11-14
• 1.3.1 逆变器的拓扑结构11-12
• 1.3.2 最大功率点跟踪12
• 1.3.3 孤岛效应12-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 1.4.1 本文的研究意义14-15
• 1.4.2 本文的研究内容15-16
• 第2章 光伏电池原理及最大功率点16-27
• 2.1 太阳能电池16-20
• 2.1.1 太阳能电池等效电路原理分析16-17
• 2.1.2 太阳能电池输出特性的仿真分析17-20
• 2.2 最大功率点跟踪20-26
• 2.2.1 几种常用的最大功率点跟踪法20-22
• 2.2.2 改进的MPPT算法22-25
• 2.2.3 仿真分析25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 逆变器的构成及分析27-49
• 3.1 光伏并网发电系统的结构27-30
• 3.1.1 非隔离型28
• 3.1.2 隔离型28-30
• 3.2 新型逆变器的构成及工作原理30-35
• 3.2.1 传统逆变器的拓扑结构30-31
• 3.2.2 新型逆变器的拓扑结构31
• 3.2.3 新型逆变器的工作原理31-33
• 3.2.4 新型逆变器的特性分析33
• 3.2.5 模拟单周期控制33-35
• 3.3 系统的建模以及闭环设计35-38
• 3.3.1 电路的状态平均模型35-37
• 3.3.2 小信号建模37-38
• 3.4 仿真及实验结果38-41
• 3.4.1 仿真分析38-40
• 3.4.2 实验研究40-41
• 3.5 基于ARM的数字单周期控制41-48
• 3.5.1 ARM的主要功能及特点41-43
• 3.5.2 AD采样电路43-44
• 3.5.3 数字单周期控制44-46
• 3.5.4 实验结果46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 光伏并网系统及孤岛效应49-67
• 4.1 光伏并网系统49-60
• 4.1.1 并网逆变器的选择49-50
• 4.1.2 并网逆变器的控制策略50-52
• 4.1.3 并网控制方案的设计52-56
• 4.1.4 仿真分析56-60
• 4.2 孤岛效应60-66
• 4.2.1 孤岛效应的特性分析60-61
• 4.2.2 孤岛效应的检测及反孤岛研究61-64
• 4.2.3 孤岛效应检测的仿真分析64-66
• 4.3 小结66-67
• 第5章 全文总结与展望67-68
• 5.1 本文研究的工作总结67
• 5.2 后续的工作展望67-68
• 参考文献68-71
• 在学期间发表的学术论文及研究成果71-72
• 致谢72

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