三相三电平光伏并网逆变器的研究和设计

【摘要】：随着经济全球化对能源需求的快速增加，石油、化工和煤等非可再生能源日渐匮乏，环境污染日益严重，发展可再生新能源成为各国的重要战略。太阳能因分布范围广泛、运用方便、存储无限、干净无污染等特点，被科学家称为“世界上最理想的绿色资源”。本文以三相三电平光伏并网逆变器系统作为研究对象，重点对光伏并网逆变器的最大功率点跟踪和逆变器控制问题进行深入研究。 首先，对光伏电池的最大功率点跟踪控制问题进行研究。通过研究光伏电池的工作原理及等效模型得出了光伏电池的输出特性曲线，重点研究电导增量法的实现过程。提出了分阶段变步长电导增量法以满足系统跟踪精度和速度；在外界环境条件发生突变的情况下，它仍具有较强的适应性。此外，这种方法的步长模式切换控制简单、计算方便，通用性强。 其次，重点研究了三电平逆变器的控制方法。采用SVPWM作为三相三电平逆变器的控制方式，研究SVPWM的原理和方法步骤，这实现了降低开关的频率，减弱交流侧线电流的波形畸变，提高了交流侧的功率因数等功能。并网控制方面采用双闭环控制策略，在dq坐标的基础上研究控制系统的结构，以电压为外环、电流为内环组成的双闭环控制系统进行设计，得出PI调节器的参数并对系统性能进行了分析。通过Simulink仿真看出控制系统能够很好地跟随电压和电流波形。 最后，根据光伏并网发电系统的技术要求，完成了系统硬件和软件部分的设计。硬件部分主要包括主电路、控制电路、驱动电路、电压和电流信号的检测与调理电路、故障检测以及电网同步信号检测。软件方面主要有：循环主程序、中断程序以及SVPWM生成子程序。 【关键词】：光伏并网系统 最大功率跟踪 三电平逆变器 SVPWM矢量控制 并网控制
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 课题研究现状10-13
• 1.2.1 国内外光伏并网发电的研究现状10-11
• 1.2.2 最大功率跟踪技术的研究现状11-12
• 1.2.3 三电平光伏并网逆变器的研究现状12-13
• 1.3 课题研究内容13-15
• 2 光伏并网逆变系统的设计15-22
• 2.1 光伏并网发电系统结构15
• 2.2 光伏并网逆变器的电路设计15-20
• 2.2.1 并网逆变器的要求15-16
• 2.2.2 三电平逆变器设计16-20
• 2.3 LCL 滤波器设计20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 光伏电池及最大功率点跟踪22-39
• 3.1 光伏电池的原理22
• 3.2 光伏电池的建模及特性分析22-27
• 3.3 DC-DC 变换电路27-28
• 3.4 基于导纳增量法的最大功率跟踪28-38
• 3.4.1 导纳增量法28-30
• 3.4.2 分阶段变步长电导增量法30-35
• 3.4.3 MPPT 仿真模型及结果分析35-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 三电平光伏并网逆变器的调制39-51
• 4.1 SVPWM 调制方式39-43
• 4.1.1 SVPWM 中参考矢量位置判断及合成39-40
• 4.1.2 SVPWM 中输出电压矢量的作用时间40-42
• 4.1.3 SVPWM 中空间矢量的开关序列42-43
• 4.2 并网逆变器的双闭环控制43-48
• 4.2.1 电流内环设计44-46
• 4.2.2 电压外环设计46-48
• 4.3 SVPWM 仿真模型及结果分析48
• 4.4 本章小结48-51
• 5 光伏并网逆变器硬软件设计51-66
• 5.1 系统硬件设计51-58
• 5.1.1 控制电路52-53
• 5.1.2 驱动电路53-54
• 5.1.3 信号检测与调理电路设计54-56
• 5.1.4 故障检测电路设计56-57
• 5.1.5 电网同步信号检测电路设计57-58
• 5.2 系统软件设计58-65
• 5.2.1 循环主程序59-60
• 5.2.2 中断服务程序60-61
• 5.2.3 SVPWM 控制子程序61-65
• 5.3 本章小结65-66
• 6 结论66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71

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