三相锁相环设计及光伏并网逆变器控制研究

【摘要】：随着全球经济的发展,能源短缺、生态环境恶化等问题日益突出,许多国家都已经将风能、太阳能等可再生能源作为应对新世纪能源和气候变化双重挑战的主要手段。网压的幅值和相位信息是光伏逆变器并网、潮流控制的参考基准,而高性能锁相环系统能够快速、准确地跟踪电网瞬态变化,提取网压正序分量,为并网逆变器提供参考信号。因此,锁相环系统的研究具有十分重要的实际意义。 针对并网控制以及电网电压不平衡情况下的同步锁相等问题,本文对光伏并网控制技术进行了深入的分析和讨论。 论文研究了光伏并网逆变器的工作原理、基本结构和数学模型,完成了并网逆变器的控制器分析、设计了并网逆变器控制系统并推导出了控制系统参数的整定算法。采用比例谐振控制器,实现了两相静止坐标系下的三相光伏并网逆变器控制。 针对网压不平衡下的光伏逆变器潮流控制,设计了一种锁相环跟踪系统。其主要思想是对旋转方向相反的两组派克变换结果进行交叉解耦,以实现三相电网不平衡条件下电网电压基波正序相位的跟踪。 将设计的三相锁相环运用到光伏并网逆变器中。在MATLAB中建立了仿真模型,验证了本文设计的锁相环系统性能。通过样机试验验证,试验结果表明,本文所设计的三相锁相环达到了光伏逆变系统的同步性能要求,实现了逆变器的单位功率因数运行。 最后,采用Verilog语言完成了三相锁相环系统的FPGA实现,对三相锁相环系统进行了模块化设计,实现了鉴相器、环路滤波器和数控振荡器等功能模块。并利用Modelsim工具对所设计的三相锁相环进行了数字仿真验证,仿真结果验证了设计的锁相环系统的稳定性和可行性。 【关键词】：正序分量检测 坐标变换 光伏并网逆变器 三相锁相环 FPGA
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 光伏发电的背景12
• 1.2 光伏并网控制在国内外的发展现状12-13
• 1.3 课题的研究背景13-16
• 1.3.1 光伏并网逆变器的技术现状13-15
• 1.3.2 应用到光伏并网逆变器中的同步锁相技术现状15-16
• 1.4 课题的研究意义16-17
• 1.5 本课题的研究目的与主要内容17-19
• 1.5.1 本课题的研究目的17
• 1.5.2 论文的主要内容及安排17-19
• 第二章 三相光伏并网逆变器控制系统设计19-30
• 2.1 太阳能电池工作原理19-21
• 2.2 光伏组件的最大功率点控制21-23
• 2.2.1 最大功率点跟踪的基本原理21
• 2.2.2 常用的MPPT实现算法21-23
• 2.3 三相光伏并网逆变器控制策略研究23-27
• 2.3.1 三相光伏并网逆变器的数学模型23-26
• 2.3.2 比例谐振控制器26-27
• 2.3.3 基于两相静止坐标的控制策略27
• 2.4 逆变器控制器参数设计27-29
• 2.4.1 电流环参数设计27-28
• 2.4.2 功率环参数设计28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 光伏逆变器数字锁相环设计30-50
• 3.1 锁相环原理与结构30-33
• 3.1.1 锁相环基本概念和相位关系描述30-32
• 3.1.2 三相锁相环原理32-33
• 3.2 三相锁相环分析33-38
• 3.2.1 三相静止坐标到两相旋转坐标变换33-36
• 3.2.2 电网电压平衡的三相锁相环分析36-37
• 3.2.3 电网电压不平衡的三相锁相环分析37-38
• 3.3 双派克变换自解耦算法锁相环原理38-41
• 3.3.1 基于双派克变换的三相锁相环原理38-40
• 3.3.2 基于双派克变换的三相锁相环结构40-41
• 3.4 基于双派克变换的三相锁相环参数设计41-44
• 3.4.1 锁相环参数设计41-43
• 3.4.2 误差限幅模块鉴相器设计43-44
• 3.5 三相锁相环的建模与仿真44-48
• 3.5.1 基于dq坐标变换的三相锁相环仿真44-46
• 3.5.2 基于双派克变换自解耦的三相锁相环仿真46-48
• 3.6 本章小结48-50
• 第四章 三相光伏并网逆变器仿真与实验50-61
• 4.1 MPPT功能仿真分析50-53
• 4.2 三相并网逆变器仿真分析53-57
• 4.2.1 三相并网逆变器仿真分析53-56
• 4.2.2 PR控制器和PI控制器控制效果比较56-57
• 4.3 试验验证57-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 基于双派克变换的三相锁相环的FPGA实现61-72
• 5.1 FPGA设计流程61-63
• 5.2 三相锁相环的定点化设计63-68
• 5.2.1 鉴相器的实现63-66
• 5.2.2 环路滤波器定点化实现66-67
• 5.2.3 数控振荡器定点化实现67-68
• 5.3 三相锁相环逻辑实现68-71
• 5.4 本章小结71-72
• 结论与展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文79

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