两级光伏并网发电系统及其解耦控制的研究

【摘要】：太阳能发电已逐步成为新能源发电中最具有发展前景的能源之一，国家针对太阳能发电发展制定了太阳能发电发展“十二五”规划。大规模的光伏并网发电是当前的研究热点，但以中小功率为主的家庭户用型逆变器仍然有其重要的角色。而两级光伏逆变器在中小逆变器中占有一定市场，其具有光伏阵列电压配置灵活等优点，实际意义大、应用前景广泛。 首先论文综述了国内外光伏发电的现状及发展，介绍了不同拓扑结构的光伏并网逆变器，并按照是否含有隔离变压器对光伏并网逆变器进行了分类。分析比较了不同的太阳能最大功率点跟踪算法，给出了各种常用算法的优劣性比较。着重研究了最大功率点跟踪扰动观察法，仿真结果验证了该方法的正确性。完成了Boost无源软开关变换器的设计，实现了开关管的零电压关断和零电流开通。 其次论文深入分析了两级光伏并网发电系统的组成结构及其工作原理，设计了两级光伏并网发电系统的功率电路和以DSP2812为核心的控制电路，给出了电路中各元器件参数设计的理论计算方法和选型依据。完成了一套5KW单相两级光伏并网发电系统实验样机的制作与调试。 最后论文在分析系统光伏阵列输出能量、直流母线电容存储能量和逆变器交流输出能量守恒分析基础之上，提出了一种应用于两级单相光伏并网发电系统的直流母线电压控制方法，设计了一个快速的直流母线电压控制器，采用更小的直流母线电容也可以保证母线电压在安全的工作范围，进而降低逆变器系统的体积和成本。仿真结果证明了所提出控制方法的可行性与有效性。 【关键词】：太阳能发电 并网逆变器 软开关 能量守恒 功率解耦
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 引言8-9
• 1.2 光伏发电在国内外的发展9-10
• 1.2.1 国外光伏发电的发展和趋势9-10
• 1.2.2 国内光伏发电的现状及前景10
• 1.3 单相光伏并网逆变器的电路拓扑10-15
• 1.3.1 隔离型光伏并网逆变器11-13
• 1.3.2 非隔离型光伏并网逆变器13-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第二章 两级光伏并网发电系统及最大功率点跟踪17-32
• 2.1 系统结构组成17-22
• 2.1.1 光伏阵列17-20
• 2.1.2 DC/DC 变换器20-21
• 2.1.3 功率解耦电容21
• 2.1.4 DC/AC 逆变器21-22
• 2.1.5 滤波器22
• 2.2 系统的工作原理及工作模式22-25
• 2.2.1 系统的工作原理22-24
• 2.2.2 系统的工作模式24-25
• 2.3 最大功率点跟踪25-31
• 2.3.1 基于 Boost 斩波电路的光伏电池最大跟踪25-27
• 2.3.2 常用的 MPPT 算法及仿真研究27-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 两级光伏并网发电系统的硬件电路设计32-49
• 3.1 DC/DC 变换器设计32-39
• 3.1.1 Boost 变换器32-34
• 3.1.2 Boost 无源软开关电路34-38
• 3.1.3 电路各参数设计38-39
• 3.2 功率解耦电容设计39-40
• 3.3 DC/AC 逆变器设计40-41
• 3.4 LC 滤波器的设计41-43
• 3.5 控制及其保护电路43-48
• 3.5.1 DSP 及其外围电路43-44
• 3.5.2 电流电压采样调理电路44-46
• 3.5.3 故障锁存和 PWM 封锁电路46
• 3.5.4 过零检测电路46-47
• 3.5.5 驱动电路47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 两级光伏并网发电系统的控制及实验结果49-59
• 4.1 系统的控制49-53
• 4.1.1 系统的控制策略49-50
• 4.1.2 调制策略的选择与实现50-51
• 4.1.3 DC/AC 逆变器电压电流双闭环51-53
• 4.2 系统软件设计53-55
• 4.2.1 MPPT 算法设计53-54
• 4.2.2 PI 控制器的设计54-55
• 4.2.3 数字锁相环 PLL 设计55
• 4.3 实验结果分析55-58
• 4.3.1 无源软开关 Boost 变换器实验结果56
• 4.3.2 功率开关管驱动电路实验结果56-57
• 4.3.3 过零检测电路实验结果57
• 4.3.4 逆变器输出波形实验结果57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 基于能量守恒的解耦控制研究59-65
• 5.1 两级光伏并网发电系统中的解耦电容59-60
• 5.2 直流母线电压控制策略60-63
• 5.2.1 直流母线电压纹波分析60-61
• 5.2.2 基于能量守恒的直流母线电压控制器61-62
• 5.2.3 两级单相光伏并网逆变器母线电压控制策略62-63
• 5.3 系统模型建立与仿真63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 论文工作总结65
• 6.2 工作展望65-67
• 参考文献67-69
• 附录 攻读硕士学位期间撰写的论文69-70
• 致谢70

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