高频光伏微网关键装置的研制

【摘要】：随着工业化的高度发展,电力的需求不断增长。以可再生能源为基本支撑的分布式发电所构成的微电网,是现代电力框架下一种新兴的电能分配形式。微电网的大规模发展,迫切需要一种更加分散、更为高效的能量传输手段,用来传输环境友好且成本低廉的能源,高频交流技术在微网中的应用受到了关注。本文根据高频光伏微网系统实际运行时必须满足低成本、高效率和高可靠性等特点,设计了一套1.5k W单相400Hz逆变器与一套3k W单相光伏并网逆变器实验样机。本文首先概述了光伏发电的背景与意义,分析了微电网国内外发展现状,指出了高频交流技术在微电网应用中的优点与前景;其次,对光伏发电系统MPPT控制技术进行了分析;再次,对400Hz逆变器的PWM控制技术进行了研究,对光伏并网逆变器的总体控制策略进行了研究,并对锁相环技术与并网电流控制策略进行了研究;最后,对系统软硬件进行了设计,包括系统主电路、控制电路、检测电路、保护电路以及辅助电源的设计,对软件开发流程进行了设计,并通过实验对本文所设计的两套逆变器进行了实验测试。为进一步提高系统能量利用率,本文对MPPT控制算法进行了深入分析,并以定步长扰动观察法为原型,采用了一种自适应变步长扰动观察法进行MPPT控制。为解决400Hz逆变器输出谐波难以滤除的问题,通过采用SHE-PWM控制算法,避免了主电路采用多电平或级联方式等复杂结构。为提高光伏并网逆变器并网电流跟踪控制精度,本文采用PR控制器实现对并网电流的无静差跟踪控制。为抑制电网电压对并网电流的干扰,引入了电网电压前馈补偿。根据以上设计理念,设计了一套基于模拟芯片控制的400Hz逆变器与一套基于双DSP构架的光伏并网逆变器,并完成了相关的实验测试,取得了良好的实验结果。实验结果表明,本文所采用的设计方案切实可行。本文研究受助于国家自然科学基金项目---基于高频交流技术的分布式可再生能源技术研究(51177050)。 【关键词】：高频交流 光伏微网 最大功率点跟踪 400Hz逆变器 光伏并网逆变器
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题研究的背景与意义11-12
• 1.2 光伏微网国内外发展现状12-13
• 1.3 高频光伏微网技术13-15
• 1.4 本文的主要研究内容15-18
• 第二章 光伏电池与MPPT控制18-32
• 2.1 光伏电池的基本原理与数学模型18-21
• 2.1.1 光伏电池的基本原理18-19
• 2.1.2 光伏电池的数学模型19-21
• 2.2 光伏电池的输出特性21-22
• 2.3 最大功率点跟踪技术22-26
• 2.3.1 定电压跟踪法23
• 2.3.2 电导增量法23-25
• 2.3.3 扰动观察法25-26
• 2.4 改进型MPPT算法26-29
• 2.5 仿真验证29-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 400Hz逆变器的设计32-45
• 3.1 引言32-33
• 3.2 PWM技术的研究33-36
• 3.2.1 SPWM技术的研究33-35
• 3.2.2 SHE-PWM技术的研究35-36
• 3.3 400Hz逆变器硬件设计36-40
• 3.3.1 400Hz逆变器硬件总体框架37-38
• 3.3.2 400Hz逆变器器件的设计与选型38-39
• 3.3.3 保护电路的设计39-40
• 3.4 400Hz逆变器软件设计40-41
• 3.5 400Hz逆变器实验结果41-44
• 3.5.1 400Hz逆变器实验装置41-43
• 3.5.2 400Hz逆变器波形43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 光伏并网逆变器的设计45-71
• 4.1 引言45
• 4.2 光伏并网逆变器总体控制策略的研究45-47
• 4.2.1 基于全桥逆变电路的MPPT控制46
• 4.2.2 基于Boost变换器的MPPT控制46-47
• 4.2.3 基于前级、后级变换器MPPT控制的比较47
• 4.3 锁相环技术的研究47-50
• 4.3.1 锁相环的基本原理48-49
• 4.3.2 锁相环的实现49-50
• 4.4 并网电流控制策略的研究50-52
• 4.5 光伏并网逆变器硬件设计52-60
• 4.5.1 光伏并网逆变器硬件总体框架53-54
• 4.5.2 光伏并网逆变器的器件设计与选型54-57
• 4.5.4 辅助电源的设计57-58
• 4.5.5 信号检测电路设计58-60
• 4.6 光伏并网逆变器控制部分软件设计60-63
• 4.6.1 光伏并网逆变器主程序设计60
• 4.6.2 AD中断服务程序设计60-62
• 4.6.3 eCAP中断服务程序设计62-63
• 4.7 光伏并网逆变器显示部分软件设计63-65
• 4.7.1 AVR单片机主程序设计63-64
• 4.7.2 AVR单片机菜单程序设计64-65
• 4.8 光伏并网逆变器实验结果65-69
• 4.8.1 光伏并网逆变器实验装置65-67
• 4.8.2 光伏并网逆变器实验波形67-69
• 4.9 本章小结69-71
• 总结与展望71-73
• 参考文献73-78
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果78-79
• 致谢79-80
• 附件80

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