低谐波LCL滤波器的光伏并网逆变器的研究

【摘要】：近年来,随着能源短缺与环境污染的加剧,发展清洁能源成了当今能源研究的热点。太阳能因为其用之不尽、取之不竭和无污染的特点受到了广泛关注。光伏发电也成了电力行业的一大热门课题。光伏并网发电系统是未来太阳能发电的主要形式。在光伏并网发电系统中,逆变环节是系统的重要组成部分。本文主要针对这个部分展开研究,主要研究内容如下： 首先,介绍了光伏发电系统的几种基本结构,重点分析了光伏发电系统的核心部件—并网逆变器的结构、分类等。从中选取三相全桥逆变电路作为光伏并网逆变器。为获得高质量的并网电流,在三相全桥逆变器后端加上LCL滤波器作为后级滤波环节。LCL滤波器的滤波性能良好,但存在谐振问题,故参数的设计对系统稳定性的保持显得尤为重要。本文从等效总电感量、功率控制和谐振频率三个方面对滤波器的参数进行设计。LCL滤波器因其自身的优点,在大功率场合的应用越来越广泛,但其存在固有谐振点。为了解决这一问题,本文根据LCL滤波器的拓扑结构,分析其工作原理,从无源阻尼控制和有源阻尼控制两方面分析LCL型光伏并网逆变器的控制方案。通过采用不同位置的电流作为系统控制的反馈量,分析不同反馈量对系统稳定性的影响,本文提出一种新的并网逆变器控制策略——并网电流外环、电容电流内环的双闭环控制。建立其三相静止坐标系下的数学模型,求得其在两相旋转坐标系下的模型,通过解耦,实现d、q轴电流独立控制,实现电流双闭环控制,并采用SVPWM方式进行调制。 然后在MATLAB/Simulink环境中搭建系统仿真模型,对LCL滤波器参数和控制策略的选取进行验证。仿真结果表明,基于并网电流外环、电容电流内环的双闭环控制能实现高功率因数跟踪电网,且系统能保持稳定,并且LCL滤波器能有效滤除电流高次谐波,提高并网电流质量,具有较大的理论和实践意义。最后对系统的硬件部分进行了设计,包括主电路设计、采样电路设计、保护电路设计及驱动电路设计。 【关键词】：LCL滤波器 光伏并网逆变器 SVPWM调制
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 课题研究的背景和意义12-15
• 1.1.1 光伏发电行业的背景与现状12-13
• 1.1.2 国内外研究现状13-14
• 1.1.3 研究意义14-15
• 1.2 光伏发电系统常见结构15-16
• 1.2.1 独立型光伏发电系统15
• 1.2.2 并网型光伏发电系统15-16
• 1.3 并网逆变器主电路拓扑结构16-21
• 1.3.1 并网逆变器简介及分类16-18
• 1.3.2 交流侧滤波器18-20
• 1.3.3 电流控制器20
• 1.3.4 锁相技术20-21
• 1.4 本文的选题依据和主要内容21-24
• 2 LCL型光伏并网逆变器的数学模型及参数设计24-38
• 2.1 LCL型光伏并网逆变器的数学建模24-29
• 2.1.1 三相静止坐标系下的数学模型24-26
• 2.1.2 两相旋转坐标系下的数学模型26-29
• 2.2 LCL型滤波器性能分析29-32
• 2.2.1 L型滤波器与LCL型滤波器分析29-31
• 2.2.2 LC型滤波器性能分析31-32
• 2.3 LCL型滤波器的参数设计32-36
• 2.3.1 LCL滤波器参数设计中所用的限制条件32-33
• 2.3.2 滤波器参数设计方法分析33-36
• 2.4 滤波器参数设计计算36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 3 LCL型光伏并网逆变器控制策略研究38-50
• 3.1 无源阻尼控制38-40
• 3.2 有源阻尼控制40-43
• 3.2.1 逆变侧电流反馈控制40-41
• 3.2.2 分裂电容法电流控制41-43
• 3.3 并网电流外环电容电流内环的双闭环控制43-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 LCL型光伏并网逆变器的仿真分析及系统硬件设计50-66
• 4.1 空间电压矢量调制技术50-58
• 4.1.1 SVPWM基本原理50-53
• 4.1.2 SVPWM控制算法53-55
• 4.1.3 SVPWM在仿真中的实现55-58
• 4.2 低谐波LCL三相光伏并网逆变器控制系统仿真分析58-61
• 4.2.1 simulink仿真模型图58-59
• 4.2.2 仿真波形记录和分析59-61
• 4.3 系统硬件设计61-65
• 4.3.1 主电路设计62-63
• 4.3.2 采样及保护电路设计63-65
• 4.4 本章小结65-66
• 5 总结与展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-74
• 作者简介74

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