单相光伏并网逆变器及其监控系统的研究

【摘要】：能源是人类社会发展的动力。目前社会的能源结构以不可再生能源为主,但随着它的不断减少和环境问题的日益严重,可再生能源越来越受到人们的重视。太阳能是一种资源丰富的可再生能源,并网逆变器是利用太阳能资源的电力电子装置,为了高效的利用太阳能,并网逆变器的效率已成为人们不断追求的目标,为此非隔离的并网发电逆变器是目前分布式发电系统中常用的设备,同时这对并网发电系统的安全性和可靠性进而提出了更高的要求。在光伏发电系统中,高性能的光伏监控系统已越发显得重要,它不仅可以解决人员维护问题,实现现场实时监控,而且可以提高并网发电系统运行的安全性和可靠性。对于当前智能电网应用背景下,监控系统可以促进电网调度功能的实现。 本文以单相H6桥光伏并网逆变器为研究对象,研究了H6桥电路的工作原理和相应的关键控制技术。给出了主电路主要参数的设计方法；给出了H6桥逆变器的双环控制方法,即电流环为内环,电压环为外环,且电压外环确保了直流母线电压的稳定和能量的平衡。推导了控制到输出的传递函数,在此基础上研究了电压调节器和电流调节器控制参数的整定方法。论文中为了确保网侧的电能质量,研究了一种锁相环(Phase Locked Loop,PLL)实现的工作原理,同时针对光伏并网发电逆变器中常见的孤岛效应问题,还研究了一种基于频率正反馈扰动的孤岛保护方法。 本文在研究H6桥光伏逆变器的基础上,研究和设计了光伏发电监控系统。该系统具有两层体系结构,即现场监控层和远程监控层。现场监控层,以TMS320F2808作为主控制器,LPC1768作为从控制器,设计和实现了现场监控层的显示、按键模块和通信模块；远程监控层,采用C#语言开发的监控软件实现了对逆变器运行状态的远程监控。监控系统的软件主要包括界面显示、实时通信和数据存储三大功能。现场监控层与远程监控层之间采用RS485通信方式,以Modbus协议作为通信协议,实现了远端数据的可靠传输。在以上研究基础上,提出了一种基于监控实现的功率管理单元(Power Manage Unit, PMU),用以接收来自远程监控层的无功指令,从而实现电网对现场监控层的无功调度。 论文运用Psim仿真软件对H6桥逆变器的主要参数和控制方法进行仿真研究,并在仿真研究的基础之上,研制了一台4.6KW的单相非隔离并网逆变器实验样机,为其开发了监控系统,提供了功率管理单元。通过对实验样机及其监控系统的实验和测试,验证了本文中功率电路、控制参数设计的有效性和监控系统的可靠性,包括锁相方法、孤岛保护方法的正确性和基于功率管理单元实现功率调度的可行性。 【关键词】：光伏逆变器 孤岛效应 监控系统 功率调度
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP277
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 课题的研究背景和意义8-10
• 1.2 集中式与分布式并网发电10-11
• 1.3 单相并网逆变器的架构11-15
• 1.3.1 单相并网逆变器的系统结构11-13
• 1.3.2 非隔离型单相并网逆变器的电路拓扑13-15
• 1.3.3 非隔离型单相H6桥并网逆变器主电路的架构15
• 1.4 光伏监控系统的研究现状15-16
• 1.5 本文的主要研究内容16-18
• 第二章 非隔离单相H6桥光伏并网逆变器18-28
• 2.1 H6桥逆变器的工作原理18-21
• 2.1.1 H6桥逆变器的主电路结构18
• 2.1.2 H6桥逆变器的工作模态分析18-20
• 2.1.3 H6桥逆变器的控制方法20-21
• 2.2 锁相环原理21-22
• 2.3 孤岛效应及检测方法22-27
• 2.3.1 孤岛效应分析23-25
• 2.3.2 孤岛效应检测方法25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 非隔离单相H6桥光伏逆变器参数设计28-38
• 3.1 光伏并网发电系统的构成及主要技术参数28
• 3.1.1 光伏并网发电系统的构成28
• 3.1.2 光伏并网发电系统的性能指标28
• 3.2 主要参数的设计28-30
• 3.2.1 H6桥逆变器滤波参数的设计29-30
• 3.2.2 H6桥逆变器开关器件的选取30
• 3.3 光伏逆变器控制参数设计30-37
• 3.3.1 系统的双闭环设计30-31
• 3.3.2 电流控制环设计31-34
• 3.3.3 电压控制环设计34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 H6桥光伏逆变器的仿真与实验38-42
• 4.1 系统建模与仿真38
• 4.2 实验样机及实验结果38-41
• 4.3 本章小结41-42
• 第五章 光伏监控系统42-54
• 5.1 监控系统的主要功能42
• 5.2 光伏监控系统的结构42-44
• 5.2.1 现场监控层的结构43-44
• 5.2.2 远程监控层的结构44
• 5.3 基于监控系统的功率调节和调试44-46
• 5.4 现场监控层的实现46-48
• 5.4.1 功能划分46-48
• 5.4.2 显示设计48
• 5.5 监控系统的远程监控层实现48-53
• 5.5.1 上位机界面设计48-51
• 5.5.2 存储设计51
• 5.5.3 通信设计51-53
• 5.6 本章小结53-54
• 第六章 总结与展望54-56
• 6.1 总结54
• 6.2 展望54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-62
• 在学期间的发表的论文及研究成果62-64

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