光伏并网电流直流分量的成因和抑制

【摘要】：在生态环境与能源的双重压力下，提高清洁能源在整个能源消费结构中的比重越发重要。太阳能作为可再生能源，具有清洁、安全、总量大、分布广等特点，是理想的替代能源之一，而无变压器光伏并网逆变器的广泛使用带来了直流注入等问题。为解决该问题，本文设计了H桥拓扑的单相并网逆变器，重点研究光伏并网电流中直流分量的成因以及抑制办法。 首先，对光伏逆变系统中涉及到的关键技术进行了简单的介绍，包括光伏电池的输出特性、单相并网逆变器的拓扑结构、最大功率跟踪算法、孤岛监测以及光伏设备试验认证相关标准。 接下来重点分析了并网电流直流分量的成因以及其可能带来的危害，并从原理上将其分为两种类型：偏移型直流分量以及非线性直流分量。结合具体的应用电路，分析了产生直流分量的主要原因。 总结目前所提出的解决直流注入问题的方法，并深入分析其原理，总结各类直流抑制方法的特点，在此基础上提出了基于积分补偿的直流抑制方法。该方法的基本思想是：并网电流一个周期波峰与波谷附近的几十个采样点相加补偿并网电流，一个周期调节一次。其主要优点是：不需要精确地测量当前直流分量的确切大小，对测量元器件的精度要求不高；方法简单有效，只需要占用很少的资源；实际应用中对电流并网控制算法的性能影响较小；能够应用于任何电流控制的并网逆变器中，应用范围广。 最后，设计了额定功率2kW的单相两级式并网逆变器，采用优化的扰动算法完成最大功率跟踪，无差拍算法完成并网电流控制。在MATLAB/simulink中建立并网仿真模型，仿真测量元器件零点漂移对于并网直流分量的影响，对所提出的积分补偿直流抑制算法进行了理论验证。随后，在实验室中搭建了一套光伏并网逆变设备，实现了并网发电。同时在测量回路中分别使用不同性能的运算放大器，并记录直流分量的大小。经过实验验证，加入积分补偿直流抑制算法之后，并网电流中的直流分量达到了IEEE的规定。 【关键词】：单相光伏并网 直流分量成因 直流抑制 无差拍算法
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究光伏发电的意义10
• 1.2 光伏利用的现状与趋势10-12
• 1.2.1 光伏发电利用的现状10-11
• 1.2.2 光伏产业的发展趋势11-12
• 1.3 光伏并网逆变器的分类12-15
• 1.3.1 按是否并入并网分类12-14
• 1.3.2 按变压器分类拓扑14-15
• 1.4 本文研究的主要内容15-17
• 第二章 光伏并网逆变系统的关键技术17-31
• 2.1 光伏电池17-19
• 2.1.1 光伏电池的分类17-18
• 2.1.2 光伏电池的输出特性18-19
• 2.2 产品认证实验相关标准19-21
• 2.3 拓扑结构21-25
• 2.3.1 基本拓扑21-23
• 2.3.2 下一代光伏逆变器拓扑23-25
• 2.4 控制算法25-30
• 2.4.1 最大功率跟踪25-28
• 2.4.2 孤岛检测28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 单相光伏并网逆变器直流注入问题的成因31-35
• 3.1 直流注入的危害31-32
• 3.2 直流分量的类型32-33
• 3.3 直流分量的成因33-34
• 3.4 本章小节34-35
• 第四章 目前提出的解决方法35-55
• 4.1 可抑制直流分量的拓扑35-37
• 4.1.1 半桥拓扑35-36
• 4.1.2 单相三电平二极管钳位式拓扑36-37
• 4.2 检测补偿法37-43
• 4.2.1 自校正电流检测38-40
• 4.2.2 并联变压器感应检测法40-41
• 4.2.3 两级 RC 一阶电路检测法41-43
• 4.3 积分检测法43-45
• 4.4 电容隔直法45-50
• 4.4.1 直接串联隔直电容46-47
• 4.4.2 虚拟电容法47-50
• 4.5 本文提出的抑制直流注入的算法50-53
• 4.5.1 积分补偿算法介绍50-53
• 4.5.2 简化的积分补偿算法53
• 4.6 展望并网逆变系统中直流抑制问题53-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第五章 光伏并网逆变器的设计55-78
• 5.1 系统总体结构框图55-57
• 5.2 逆变电路的设计57-65
• 5.2.1 前级升压型转换器57-59
• 5.2.2 电感与滤波电容的设计59
• 5.2.3 逆变器拓扑的选择59-61
• 5.2.4 开关管的选择61-62
• 5.2.5 直流侧电容的选择62-63
• 5.2.6 输出滤波电感与电容的设计63-65
• 5.3 控制算法的设计65-74
• 5.3.1 最大功率因素跟踪算法65-67
• 5.3.2 无差拍并网逆变控制算法67-70
• 5.3.3 积分补偿直流抑制70-74
• 5.4 试验样机结果及分析74-77
• 5.5 本章总结77-78
• 第六章 总结与展望78-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文80-81
• 参考文献81-86

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