光伏逆变电源并联技术研究与实现

【摘要】：在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,新能源的开发利用逐渐受到重视,太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点得到了开发利用。光伏发电技术也得到了快速发展,被认为是当前世界上最具有发展前景的新能源技术。而光伏逆变器作为太阳能发电利用中主要的能量变换装置,是目前研究和发展的热点。同时,由于逆变器并联运行可实现大容量和冗余供电,提高了供电系统的灵活性和可靠性,因此逆变器并联系统得到越来越广泛的应用,随着数字技术的发展,逆变器并联技术已成为当前的热点研究和应用方向。 首先文章介绍了单相全桥逆变器及其控制方法,分析了单相全桥逆变器的工作原理,建立了SPWM逆变电源的数学模型；在此基础上,介绍了基于单相全桥逆变器电压外环、电感电流内环的双闭环控制方法,推导了逆变器的闭环传递函数,并对逆变器的闭环特性进行了研究。最后,仿真研究了电压外环、电感电流内环双环控制单相逆变器的稳态和瞬态特性。 其次文章根据逆变器并联系统等效模型,介绍了并联系统运行原理以及系统环流产生原因,指出影响系统环流的三要素：输出电压的相位、幅值和频率,要实现逆变器的并联,以上三个条件均要严格一致。在此基础上,文章对并联系统中有功功率和无功功率特性进行了详细分析,并结合前文对环流特性的分析,提出了抑制并联系统环流的最佳方法和本文研究重点：基于下垂特性理论的无互联线并联系统控制方法；并介绍了下垂特性并联控制策略,即通过对输出有功功率的调节,控制输出电压的频率,通过对输出无功功率的调节,控制系统输出电压幅值,来实现并联系统的均流。 最后文章对本设计系统整体框图做了详细介绍,系统主要由DC/DC, DC/AC两个主要模块组成,前级完成直流升压,后级采用全桥拓扑完成逆变；并以两台单相全桥逆变器为例,结合功率下垂特性理论和DSP中计算功率的方法建立了逆变器无互联线并联系统的仿真模型,实验验证了所用下垂特性并联控制方法的有效性并对实验所得数据做了理论分析和总结。 【关键词】：光伏 逆变器 并联 无互联线
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-11
• Contents11-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 课题背景介绍14-16
• 1.2 太阳能利用及其光伏发电系统介绍16-21
• 1.2.1 国内外太阳能利用现状17-19
• 1.2.1.1 国外太阳能利用现状17
• 1.2.1.2 国内太阳能利用现状17-19
• 1.2.2 光伏发电系统介绍19-21
• 1.3 光伏逆变技术发展概况21-24
• 1.3.1 逆变器的定义及分类21-22
• 1.3.2 逆变并联技术的发展概况22-24
• 1.4 本课题研究的主要内容24-26
• 第二章 单极性光伏逆变电源技术研究26-42
• 2.1 引言26
• 2.2 PWM调制的基本原理26-27
• 2.3 PWM逆变电路及其控制方法27-30
• 2.3.1 单极性正弦脉宽调制28-29
• 2.3.2 双极性正弦脉宽调制29-30
• 2.4 单相SPWM逆变电源模型分析及控制方法30-32
• 2.5 输出滤波器设计32-34
• 2.5.1 滤波电容的设计32
• 2.5.2 滤波电感的设计32-33
• 2.5.3 电感电容的取值33-34
• 2.6 双闭环控制单相全桥逆变器性能分析34-37
• 2.6.1 电压电流双环控制原理及性能优点34-35
• 2.6.1.1 电压电流双闭环控制原理34-35
• 2.6.1.2 电压电流双闭环控制性能优点35
• 2.6.2 电流内环PI控制35-36
• 2.6.3 电压外环PI控制36-37
• 2.7 单台逆变器的仿真研究37-41
• 2.8 本章小结41-42
• 第三章 光伏逆变器并联系统关键技术研究及特性分析42-54
• 3.1 引言42
• 3.2 逆变器并联系统运行原理42-47
• 3.2.1 并联系统等效模型42-43
• 3.2.2 环流分析43-47
• 3.2.2.1 环流产生原因43-45
• 3.2.2.2 环流特性分析45-47
• 3.3 光伏逆变器并联系统的功率特性分析47-51
• 3.3.1 逆变器并联系统输出功率计算47-49
• 3.3.2 系统逆变器输出有功功率特性分析49-50
• 3.3.3 系统逆变器输出无功功率特性分析50-51
• 3.4 光伏逆变器无互联线并联的基本原理51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 基于下垂特性的光伏逆变器并联系统设计与实现54-77
• 4.1 引言54
• 4.2 光伏逆变器并联系统设计与实现54-66
• 4.2.1 光伏逆变器前级升压硬件结构及器件选取55-59
• 4.2.2 光伏逆变器后级硬件结构及器件选取59-61
• 4.2.3 逆变器输出滤波器设计61-62
• 4.2.3.1 滤波电感L的选择61-62
• 4.2.3.2 滤波电容C的选择62
• 4.2.4 信号调理电路设计62-63
• 4.2.5 驱动电路设计63-64
• 4.2.6 系统保护电路设计64-65
• 4.2.7 系统双向开关管的选取65-66
• 4.3 并联系统输出功率检测方法66-67
• 4.3.1 常用功率计算方法介绍66
• 4.3.2 离散化功率计算方法介绍66-67
• 4.4 基准电压的生成及频率和幅值调节67-70
• 4.4.1 数字定标67-68
• 4.4.2 基准电压的生成方法68
• 4.4.3 基准电压的频率调节68-69
• 4.4.4 基准电压的幅值调节69-70
• 4.4.5 直流分量调节70
• 4.5 数字锁相环实现70-72
• 4.5.1 数字锁相的基本概念70-71
• 4.5.2 本系统数字锁相的实现71-72
• 4.6 光伏逆变器并联控制系统软件设计与实现72-76
• 4.7 逆变器并联系统启动过程76
• 4.8 本章小结76-77
• 第五章 逆变器并联系统仿真实验研究77-83
• 5.1 引言77
• 5.2 实验结果及分析77-82
• 5.3 本章小结82-83
• 结论与展望83-85
• 参考文献85-88
• 攻读学位期间发表的论文与成果88-90
• 致谢90

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