基于自适应陷波滤波器的单相光伏并网逆变器无功和谐波补偿问题的研究

【摘要】：随着生态环境问题日益严峻、全球资源短缺、越来越多的人们开始关注并探索新能源的发展。太阳能作为其中一种新能源,以其清洁、丰富、无污染等优势受到众多科研工作者的青睐。于此同时,随着电力电子技术的快速发展,越来越多的电力装置投入到人们的生产生活中,这些设备产生的谐波影响到电网的质量,电网的污染成为不容忽视的问题。在此背景下本文就单相光伏并网逆变器进行研究,在此基础上针对电网的污染问题又介绍了一种适用于单相电路负载无功和谐波电流提取的新方法,该方法能较为准确的检测出所需的信号的频率、幅值、相位等信息。 文章内容主要由两大部分组成：第一部分从理论分析和实验两方面分析并设计了一台1KW的光伏并网逆变器。首先介绍了单相光伏并网逆变器中的一些关键技术：MPPT、孤岛检测和锁相环；然后确定了电路的拓扑,采用BOOST+H桥逆变的两级式结构,通过控制升压电路的占空比来实现最大功率点跟踪,采用电流型并网方式,并通过单电感L实现滤波；接下来文章对电压外环电流内环的双环控制策略进行介绍；最后对实验结果进行了分析。 第二部分首先介绍了自适应陷波滤波器(ANF)原理,在第一部分的设计基础上在电网侧并入整流性负载,采用改进后的ANF法对负载电流中的无功和谐波电流进行提取并补偿,实现向电网传递有功功率的同时对电网电流中的无功和谐波分量进行补偿,改善电网质量,使电网电流正弦化。最后,在Matlab/Simulink环境下对该理论进行仿真,验证了该方法的可行性。 【关键词】：光伏 并网逆变器 MPPT 孤岛 谐波 无功 自适应陷波滤波器
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外光伏并网逆变器的发展状况11-12
• 1.2.1 国外光伏并网逆变器的发展状况11-12
• 1.2.2 国内光伏并网逆变器的发展状况12
• 1.3 电网的谐波和无功功率问题及研究12-14
• 1.3.1 无功功率和谐波产生的原因及危害13
• 1.3.2 谐波的治理方法13-14
• 1.4 光伏并网发电系统中关键技术的现状和研究14-19
• 1.4.1 最大功率点跟踪技术14-15
• 1.4.2 孤岛效应及检测15-16
• 1.4.3 并网逆变器电路拓扑结构16-17
• 1.4.4 并网逆变器控制策略17
• 1.4.5 负载基波电流的无功和谐波分量提取17-19
• 1.5 课题研究内容19-21
• 第2章 单相光伏并网逆变器功能及主要参数设计21-31
• 2.1 主电路拓扑结构21-22
• 2.2 MPPT技术22-25
• 2.2.1 太阳能光伏电池特性22-23
• 2.2.2 MPPT原理及算法实现23-25
• 2.3 孤岛检测25-26
• 2.4 锁相环技术26-27
• 2.5 系统的软硬件保护27-28
• 2.6 电路中的主要参数设计28-31
• 2.6.1 BOOST电路的电感设计28-29
• 2.6.2 母线电容的设计29
• 2.6.3 L型滤波电感的设计29-31
• 第3章 单相光伏并网逆变器的建模与设计31-44
• 3.1 电压环的设计31-35
• 3.1.1 电压环控制回路的建模32-33
• 3.1.2 电压环模型的简化33-34
• 3.1.3 加入前馈的电压环控制设计34-35
• 3.2 基于L型滤波器的电流环设计35-44
• 3.2.1 电流环控制回路的建模35-37
• 3.2.2 基于PI算法的控制器设计37-38
• 3.2.3 基于重复控制+PI的控制器设计38-44
• 第4章 单相并网逆变器的自适应无功和谐波补偿功能44-51
• 4.1 单相瞬时无功功率理论44-45
• 4.2 自适应陷波滤波器介绍45-48
• 4.2.1 单一频率输入条件下ANF的原理46
• 4.2.2 含有谐波输入条件下ANF的原理46-48
• 4.3 基于ANF法对无功和谐波电流信号的提取48-50
• 4.4 具有无功和谐波补偿功能的并网系统设计50-51
• 第5章 实验和仿真波形51-60
• 5.1 单相光伏并网逆变器的仿真及实验结果51-57
• 5.1.1 仿真平台及结果51-52
• 5.1.2 实验平台及结果52-57
• 5.2 逆变器无功和谐波补偿仿真结果57-60
• 第6章 总结与展望60-62
• 6.1 工作总结60
• 6.2 后续工作展望60-62
• 参考文献62-66
• 作者简历66

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