LCL型光伏并网逆变器的研究与设计

【摘要】：光伏并网逆变器的输出滤波器一方面呈现较强的感性,保证了光伏并网系统的正常工作;另一方面能够滤除一些影响重要用电设备的性能和增加系统功耗的谐波。与L和LC滤波器相比,LCL滤波器不仅具有较好的高频滤波特性,也具有体积小、成本低,系统动态性能好及功耗低的优点。然而零阻尼产生的谐振可能导致系统不稳定。针对此问题,本文提出了无源和有源阻尼协同控制同加权电流相结合的控制方法。本文在调研大量文献的基础上,所做的工作如下:(1)在滤波总电感和滤波电容满足系统性能的条件下,分析了电感分布系数和阻尼电阻对系统的稳定性、滤波效果、开关次谐波衰减比、阻尼值及阻尼损耗等系统性能的影响,综合考虑电感分布系数、阻尼电阻和系统性能的内在联系,优化出满足系统性能要求的滤波参数,并给出了不同容量的逆变系统的LCL滤波参数优化设计的一般方法。(2)在Matlab/Simulink仿真平台搭建了采用无源和有源阻尼协同控制同加权电流相结合的控制方法的仿真模型。通过比较不同滤波参数和不同控制方法下的逆变器侧电感电流和并网电流的总的谐波畸变率以及电网电压和并网电流的相位关系,说明无源和有源阻尼协同控制同加权电流相结合的控制方法能较好的满足光伏并网发电标准。(3)设计一台采用本文所提控制方法的样机,其包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计包括主电路设计、辅助供电电源的设计、驱动电路设计、控制器设计、直流母线电压的检测和保护电路设计、逆变器侧电感电流或滤波电容电流或并网电流的检测和保护电路设计、过零点检测电路的设计等;软件设计包括GPIO模块、TIMER模块、ADC模块、SPWM模块、电网的同步锁相模块、PI调节器模块、Main函数等功能模块。(4)调试样机并得到实验波形,实验结果说明本文所提出的控制方法是正确、有效的。 【关键词】：光伏并网逆变器 LCL滤波器 阻尼电阻 无源和有源阻尼 加权电流
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题研究的背景和意义8-9
• 1.1.1 研究背景8
• 1.1.2 研究意义8-9
• 1.2 LCL滤波单相光伏并网逆变器的关键技术研究动态9-12
• 1.2.1 单相光伏并网逆变器拓扑结构的研究9-10
• 1.2.2 电流和阻尼相结合控制方法的研究10-11
• 1.2.3 单相并网逆变器调节器设计技术的研究11
• 1.2.4 单相并网逆变器电网同步技术的研究11-12
• 1.3 课题研究的主要内容12-14
• 第二章 单相光伏并网逆变器输出LCL滤波器的设计与优化14-28
• 2.1 双极性SPWM调制技术14-15
• 2.2 LCL滤波器数学模型及其谐振特性分析15-18
• 2.3 LCL滤波器参数的设计18-20
• 2.3.1 总的滤波电感的设计18-19
• 2.3.2 滤波电容的设计19-20
• 2.4 LCL滤波参数对系统性能的影响20-24
• 2.4.1 K和Rd对系统稳定性影响分析20-21
• 2.4.2 K和Rd对系统滤波效果的影响分析21-22
• 2.4.3 滤波参数对衰减比的影响分析22-23
• 2.4.4 滤波参数对系统阻尼值的影响分析23
• 2.4.5 滤波参数对系统阻尼损耗的影响分析23-24
• 2.5 LCL滤波参数的优化24-26
• 2.5.1 滤波参数优化的一般约束条件24-25
• 2.5.2 滤波参数优化过程25-26
• 2.6 LCL滤波参数优化的一般方法26-27
• 2.7 本章小结27-28
• 第三章 LCL滤波光伏并网逆变器阻尼方案的仿真研究28-40
• 3.1 无源与有源阻尼协同控制同加权电流相结合控制方法的提出28-31
• 3.1.1 无源与有源阻尼协同控制方法28-30
• 3.1.2 加权电流控制方法30
• 3.1.3 无源和有源阻尼协同控制同加权电流相结合控制方法30-31
• 3.2 控制方法的特性分析31-32
• 3.2.1 系统稳定性分析32
• 3.2.2 滤波特性分析32
• 3.3 控制系统的仿真32-39
• 3.3.1 直流母线电压控制单元33-34
• 3.3.2 电流和阻尼控制单元34-35
• 3.3.3 同步控制单元35
• 3.3.4 驱动信号单元35
• 3.3.5 仿真结果分析35-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 LCL滤波光伏并网逆变器硬件电路设计40-49
• 4.1 系统硬件总体设计方案40
• 4.2 系统单元电路设计40-48
• 4.2.1 主电路设计40-41
• 4.2.2 辅助供电电路设计41-42
• 4.2.3 驱动电路设计42-44
• 4.2.4 控制器电路设计44
• 4.2.5 直流母线电压的检测和过欠压保护电路设计44-46
• 4.2.6 电流检测和保护电路设计46-47
• 4.2.7 过零点检测电路设计47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 LCL滤波单相光伏并网逆变器软件设计49-55
• 5.1 软件总体设计49
• 5.2 模块化程序设计49-54
• 5.2.1 GPIO模块50
• 5.2.2 TIMER模块50
• 5.2.3 ADC模块50-51
• 5.2.4 SPWM模块51-52
• 5.2.5 电网的同步锁相模块52-53
• 5.2.6 PI调节器模块53
• 5.2.7 Main函数53-54
• 5.3 本章小结54-55
• 第六章 实验结果分析55-58
• 6.1 实验环境介绍55-56
• 6.2 实验结果分析56-57
• 6.3 本章小结57-58
• 总结与展望58-60
• 主要结论58
• 展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 附录A:作者在攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果64-65
• 附录B:SPWM脉宽计算器生成的十六进制SPWM脉宽数组表65-66
• 附录C:LCL滤波单相并网逆变器的原理图66-68
• 附录D:LCL滤波单相并网逆变器的PCB图68

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