并网型光伏发电系统逆变控制的研究与实现

【摘要】：近年来,光伏发电产业得到大力发展,光伏并网逆变器作为并网型光伏发电系统的关键部件之一,其拓扑结构的选择以及逆变控制方法的设计对系统能够稳定运行起到至关重要的作用。本文研究了一种基于LCL型滤波器的并网型光伏发电系统,集中研究系统硬件电路设计以及并网逆变控制技术。主要内容有:论文根据系统采用的单相两级式非隔离型结构,建立了逆变电路和滤波电路的数学模型,分别设计了基于IPM的功率电路以及基于DSP的信号处理电路。功率电路采用IPM器件,大大提高了系统的可靠性以及稳定性,而采用LCL型滤波器,则提高了系统对高频谐波成分的滤除性能。信号处理电路部分给出一个硬件保护与故障锁存模块,提升了系统对电路故障的快速处理能力。论文基于MATLAB仿真平台设计了系统并网控制方案。根据建立的系统数学模型,设计了并网电流内环、直流电压外环的双闭环并网控制系统,电流内环主要实现对参考并网电流的快速跟踪,电压外环则提高了系统的抗扰动性。给出了一种基于PI控制器与谐振控制器复合的电流内环控制策略,有效地提高了系统对参考电流的跟踪效果,大大提高了系统的动静态性能。论文研究了LCL型滤波器谐振峰抑制方法,给出了一种通过在滤波器电容支路上串联电阻的无源阻尼法,抑制效果明显。而鉴于无源阻尼法会给系统带来额外损耗的缺陷,给出一种采用基于虚拟阻尼的有源阻尼法,同样可以实现谐振峰的抑制目的。为了提高系统锁相速度与精度,提出一种基于PI控制器的变步长软件锁相方法。通过仿真实验验证了方法的可行性。论文完成了系统的软硬件设计、制作与调试、给出了完整的测试结果。实验结果验证了本文硬件电路设计以及并网逆变控制方法的可靠性。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 双闭环控制 LCL型滤波器 锁相环
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.3 光伏发电系统并网标准12-13
• 1.4 本文研究内容13-14
• 第二章 系统拓扑选择与工作原理分析14-32
• 2.1 并网型光伏发电系统结构14-17
• 2.1.1 隔离型系统14-15
• 2.1.2 非隔离型系统15-17
• 2.2 光伏并网逆变器电路结构17-24
• 2.2.1 逆变电路18-22
• 2.2.2 滤波电路22-24
• 2.3 光伏并网逆变器关键技术24-31
• 2.3.1 脉宽调制技术24-30
• 2.3.2 并网逆变技术30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 光伏发电系统硬件电路设计32-44
• 3.1 全桥逆变电路设计32-36
• 3.1.1 功率开关管的选择32-33
• 3.1.2 IPM外围电路设计33-36
• 3.2 LCL型滤波电路设计36-40
• 3.2.1 参数设计的原则36-37
• 3.2.2 滤波器参数设计37-40
• 3.3 控制电路设计40-43
• 3.3.1 故障锁存电路设计40-41
• 3.3.2 采样调理电路设计41-42
• 3.3.3 过零检测电路设计42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 光伏并网控制系统的设计44-63
• 4.1 双闭环控制系统设计44-52
• 4.1.1 控制器的分析44-47
• 4.1.2 控制系统设计47-52
• 4.2 滤波器谐振抑制技术52-55
• 4.3 并网逆变器锁相技术55-58
• 4.4 系统仿真与分析58-61
• 4.4.1 仿真模型搭建58-59
• 4.4.2 仿真结果分析59-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第五章 光伏发电系统实验结果63-73
• 5.1 系统主程序设计63-66
• 5.2 系统平台的搭建66-68
• 5.3 实验波形的分析68-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 参考文献75-77
• 附录 攻读硕士学位期间撰写的论文77-78
• 致谢78

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