MW级光伏并网逆变器的研究

【摘要】：大规模光伏电站是当前国内最主要的新能源发电形式。MW级光伏并网逆变器因其在高效率、高功率等级、高可靠性等方面的优势,也将成为业界发展的重要方向。因此,本文围绕MW级光伏并网逆变器展开研究,主要完成了MW级光伏并网逆变器设计与光伏并网逆变器低电压穿越技术的研究,并通过搭建系统仿真模型与实验平台对样机整体设计与性能进行了验证。 首先,功率组件设计是MW级光伏并网逆变器设计的重点和难点。其设计应综合考虑系统分布电感影响。为了便于组装与维护,本文功率组件采用模块化设计,主要完成了直流支撑电容选择、吸收电路设计、组件并联均流电路设计和水冷散热设计等。并结合仿真、组件测试与整机实验验证了组件设计的合理性与可靠性。 其次,分析研究了MW级光伏并网逆变器的控制策略并完成LCL滤波电路的设计。建立了系统的数学模型,确立了基于网压定向的双闭环控制策略。在此基础上,完成了LCL滤波电路的参数计算。并通过仿真和实验验证了系统控制策略的稳定性和LCL滤波电路设计的正确性。 第三,针对光伏系统共模漏电流问题,设计了共模抑制滤波电路。分析和研究了系统共模漏电流的产生机理和影响因素。在此基础上,研究了改进SVPWM调制策略与共模抑制滤波电路对共模漏电流抑制原理。从系统角度出发,确定了外加共模滤波电路抑制du/dt和漏电流的方法,并通过实验进行了验证。 第四,对电网电压对称跌落与不对称跌落情况下光伏发电系统的低电压穿越控制策略进行了分析和研究。根据国网对光伏低电压穿越的最新规定,分析了网压对称跌落时的无功补偿策略；讨论研究了网压不对称跌落时电压和电流的正负序分离方法以及控制目标。并对光伏并网逆变器在对称与不对称电网电压跌落情况下的控制策略进行仿真分析和实验验证。 最后在样机的基础上,通过实验完成并网电流总谐波THD、功率因数、系统效率、器件温升、低电压穿越能力等的测试,综合实验结果分析表明MW级光伏并网逆变器满足设计要求。 【关键词】：光伏发电 功率组件 空间矢量脉宽调制 共模漏电流 低电压穿越
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-24
• 1.1 课题研究背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势13-16
• 1.2.1 国际光伏发电的现状与前景14-15
• 1.2.2 国内光伏发电的现状与前景15-16
• 1.3 光伏并网逆变技术的发展趋势16-17
• 1.4 MW级光伏并网逆变器关键技术概述17-19
• 1.5 光伏发电系统的低电压穿越综述19-21
• 1.5.1 光伏发电系统低电压穿越综述19-20
• 1.5.2 光伏发电LVRT技术要求20-21
• 1.6 本文主要研究内容21-24
• 2 功率组件的设计与实现24-42
• 2.1 器件损耗计算24-28
• 2.2 直流支撑电容设计28-29
• 2.2.1 直流电容纹波电流分析28
• 2.2.2 容值计算28-29
• 2.3 吸收回路设计29-30
• 2.4 组件并联均流回路设计30-32
• 2.4.1 并联环流产生机理分析30-31
• 2.4.2 均流电感计算31-32
• 2.5 功率组件的实现32-33
• 2.5.1 功率组件原理图32-33
• 2.5.2 组件结构设计33
• 2.6 仿真与实验验证33-42
• 2.6.1 直流侧电容仿真分析33-35
• 2.6.2 组件测试35-38
• 2.6.3 整机实验测试结果分析38-42
• 3 系统控制算法分析与LCL滤波电路设计42-66
• 3.1 系统数学模型分析42-47
• 3.1.1 三相电压型PWM并网逆变器简介42
• 3.1.2 三相电压型PWM并网逆变器工作原理42-43
• 3.1.3 三相静止坐标系下系统数学模型分析43-45
• 3.1.4 两相同步旋转坐标系下系统数学模型分析45-47
• 3.2 光伏发电系统的控制策略研究47-49
• 3.2.1 三相电压型PWM并网逆变器控制策略概述47-48
• 3.2.2 电网电压定向的控制策略分析48-49
• 3.3 SVPWM调制算法分析49-52
• 3.3.1 SVPWM基本原理分析49-51
• 3.3.2 SVPWM算法实现51-52
• 3.4 三相并网逆变器输出滤波电路对比分析52-53
• 3.5 LCL滤波电路参数设计53-59
• 3.5.1 滤波电容设计53-54
• 3.5.2 网侧滤波电感设计54-55
• 3.5.3 逆变器侧滤波电感设计55-58
• 3.5.4 LCL滤波电路参数约束58-59
• 3.6 仿真与实验验证59-66
• 3.6.1 仿真验证59-62
• 3.6.2 实验验证62-66
• 4 光伏发电系统共模漏电流分析66-76
• 4.1 光伏发电系统共模电压分析66-69
• 4.2 改进SVPWM调制策略研究69-71
• 4.3 共模抑制滤波电路设计71-72
• 4.4 实验验证72-76
• 5 低电压穿越技术研究76-100
• 5.1 正负序分量分离76-82
• 5.1.1 陷波器法76-78
• 5.1.2 T/4延时计算法78-79
• 5.1.3 PLL低通滤波算法79-81
• 5.1.4 仿真验证81-82
• 5.2 网压对称跌落时系统控制策略分析82-83
• 5.3 网压不对称跌落时系统控制策略研究83-90
• 5.3.1 对称分量法83-84
• 5.3.2 网压不对称跌落时逆变器d-q坐标系下数学模型84-88
• 5.3.3 抑制直流电压脉动控制算法88-89
• 5.3.4 抑制网侧电流负序分量控制算法89-90
• 5.4 仿真验证90-96
• 5.4.1 电网电压对称跌落时仿真研究91-92
• 5.4.2 电网电压不对称跌落时仿真研究92-96
• 5.5 实验验证96-100
• 5.5.1 网压对称跌落时低电压穿越实验97
• 5.5.2 网压不对称跌落时采用传统控制策略实验97-98
• 5.5.3 网压不对称跌落时低电压穿越实验98-100
• 6 结论100-102
• 参考文献102-106
• 附录A106-108
• 作者简历108-112
• 学位论文数据集112

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