光伏逆变器并联系统控制策略的研究

【摘要】：从工业革命开始,社会经济得到了蓬勃发展,同时人类文明也取得极大进展。能源资源的消费为社会经济的进步提供了强劲动力,而众多一次能源消费的最终结果就是严峻的环境污染。目前来看,解决环境污染问题的重要途径之一就是开发一次能源的替代品,而具有环保、无污染、经济效益好等特性的太阳能能源脱颖而出。当前,太阳能资源的开发主要是用来加热和发电两种方式,其中,使用最多、应用范围最广的是光伏发电,所以它的发展前景相当广阔,然而光伏发电过程中起核心作用的器件就是逆变器,它的能量转换效率的高低决定了整个发电过程[1]。有效应对大功率和冗余供电需求的措施是数个逆变器的并联运行,所以被看作为目前逆变器技术进步的大方向。并联系统类别的划分按照有无互联线的原则,可以归纳为有互连线和无互连线并联两种。有互连线并联指的是各个逆变器间存在通信联络线,而无互连线并联就是不存在这种通信联络线,而今后的发展趋势是倾向于无互连线并联的。而对于无互连线的控制算法,是根据电力系统中有功功率调节频率及无功功率调节电压的基本原理来实现的。本课题的讨论重点是光伏逆变器,尤其侧重于逆变器并联系统的控制方式及运用情况。本文首先扼要的描述了光伏逆变器的发展概况及逆变器并联的必要性,接着搭建了逆变器并联体系的拓扑构造以及进行建模,在逆变器并联体系建模的基础上展开了并联系统的控制策略,涉及主从控制、集中控制、分散逻辑控制以及无互连线控制等控制策略。其中,类似于同步发电机下垂特征的下垂策略对并联体系中各逆变器间具有较好的均流能力,且均流互连线不存在于各个逆变器相互之间,但同时下垂特性存在有功通道和无功通道之间的相互耦合导致系统振荡或不稳定的问题。鉴于此,本课题在下垂特性的基础之上考虑新型的解耦控制策略,详细阐述了解耦控制的基本原理及其应用过程,根据解耦控制的数学模型与逆变器并联运行时的技术要求,设计了相应的硬件电路和软件程序。结合MATLAB/SIMUlink仿真软件对系统的仿真体系进行了构建,同时在实验室中对系统实物进行建模,以检验本文所涉及的新型解耦控对并联系统的均流效果,同时认真剖析了系统的仿真和实验结论。仿真与实验结果表明,基于解耦控制的逆变器并联系统具有较好的均流能力,可以满足逆变器并联运行时的技术要求。 【关键词】：逆变器并联 下垂控制 解耦控制 均流
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 课题研究的背景及意义14-16
• 1.2 光伏逆变器发展概况16-18
• 1.2.1 光伏逆变器的发展16-17
• 1.2.2 大容量光伏逆变器技术水平分析17-18
• 1.3 光伏逆变器并联的必要性18-19
• 1.4 逆变器并联的关键技术问题19-21
• 1.5 本课题研究的主要内容21-22
• 2 逆变器并联系统控制方式22-38
• 2.1 逆变器并联系统拓扑结构22-25
• 2.1.1 单台逆变器的常用拓扑22-23
• 2.1.2 逆变器并联系统的拓扑结构23-25
• 2.2 逆变器并联系统的等效模型25-27
• 2.2.1 单台逆变器的等效模型25-26
• 2.2.2 逆变器并联系统的等效模型26-27
• 2.3 逆变器并联运行技术分析27-32
• 2.3.1 逆变器并联运行的基本原理27-29
• 2.3.2 逆变器并联系统的环流分析29-30
• 2.3.3 瞬时功率理论与电压电流检测30-32
• 2.4 逆变器并联运行控制方式32-35
• 2.4.1 集中控制方式32-33
• 2.4.2 主从控制方式33-34
• 2.4.4 分散逻辑控制法34-35
• 2.5 无互联线独立控制方式35-36
• 2.6 本章小结36-38
• 3 基于解耦控制的光伏逆变器并联系统控制策略38-52
• 3.1 微型电网下垂控制方式的概述38-43
• 3.2 下垂特性的局限性43-44
• 3.3 逆变器并联系统的解耦控制44-48
• 3.3.1 一般的解耦控制策略44-45
• 3.3.2 新型的解耦控制策略45-48
• 3.3.3 新型解耦控制对稳态负荷均分的影响48
• 3.4 并联系统参数不一致对解耦控制效果的作用48-50
• 3.4.1 负载变化时的解耦控制49-50
• 3.4.2 多台逆变器并联系统的解耦控制实现50
• 3.5 本章小结50-52
• 4 系统软硬件设计52-62
• 4.1 主电路设计52-53
• 4.2 硬件电路设计53-55
• 4.2.1 交流电压采样电路53
• 4.2.2 D/A转换电路53-54
• 4.2.3 过流保护电路54-55
• 4.3 器件选取55-57
• 4.3.1 IPM模块的选型55-56
• 4.3.2 输出滤波器的设计56-57
• 4.4 软件设计57-61
• 4.4.1 程序总体结构57-58
• 4.4.2 输出电压锁相程序58
• 4.4.3 瞬时功率计算程序58-60
• 4.4.4 中断服务程序60
• 4.4.5 解耦算法实现60-61
• 4.5 本章小结61-62
• 5 逆变器并联系统仿真研究62-68
• 5.1 仿真结果62-64
• 5.2 实验结果64-67
• 5.3 本章小结67-68
• 6 总结与展望68-70
• 6.1 总结68
• 6.2 展望68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-76
• 作者简介及读研期间主要科研成果76

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