直流母线电容优化的光伏逆变器拓扑与控制研究

【摘要】：在光伏并网发电系统中，光伏逆变器是连接光伏阵列与公共电网的桥梁，它的性能直接影响着整个光伏发电系统的性能和效率。在传统的光伏逆变器拓扑结构中，为了实现光伏逆变器输入输出功率的解耦，都需要在光伏逆变器直流侧并联一个容量足够大的电解电容。但是，大容量电解电容的引入不仅使得光伏逆变器损耗大，可靠性低，而且也使得光伏逆变器存在体积大，寿命短等缺点，使得光伏逆变器与光伏阵列的使用寿命严重不匹配，这严重影响了光伏逆变器的应用与发展，进而影响了整个光伏产业的推广与发展。 本文以研究长寿命光伏逆变器为目标，针对导致光伏逆变器使用寿命短等问题的电解电容，研究用长寿命小容量的薄膜电容代替电解电容的无电解电容光伏逆变器，以促进光伏产业的发展。文中详细分析了光伏逆变器中解耦问题产生的原因，推导得出了在光伏阵列输出功率和电网电压频率不变的条件下，直流母线侧解耦电容的大小只与电容电压平均值和电压纹波的大小有关，而与其它各量均无关的结论。根据结论设计出了一台基于多级式高频变压器隔离的电容优化的光伏并网逆变器，并提出了一种基于PR控制器的电容电压外环并网电流内环的双闭环控制策略，同时为了防止并网电流中直流分量注入电网，引入了虚拟电容控制。 在MATLAB/Simulink环境下对所设计的光伏逆变器及其控制系统进行了建模仿真，仿真结果表明了本文设计的合理性与有效性。 【关键词】：电容优化 功率解耦 PR控制器 光伏逆变器 电解电容
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-16
• 1.1 当今世界所面临的能源状况7-9
• 1.2 光伏发电的分类及发展现状9-11
• 1.2.1 光伏发电系统分类9-10
• 1.2.2 光伏发电发展现状10-11
• 1.3 光伏发电技术11-15
• 1.3.1 光伏并网发电技术11-13
• 1.3.2 光伏发电目前存在的主要问题13-14
• 1.3.3 光伏并网逆变器的关键技术14-15
• 1.4 本课题研究的内容及意义15-16
• 第二章 光伏逆变器中电容优化技术研究16-29
• 2.1 解耦问题产生机理分析16-18
• 2.2 电容优化技术原理18-21
• 2.3 电容优化的电路拓扑结构21-24
• 2.3.1 光伏组件输出侧解耦21-22
• 2.3.2 直流母线上解耦22-23
• 2.3.3 三端口网络解耦23-24
• 2.4 三种电容优化的拓扑结构比较24-25
• 2.4.1 电路结构及控制方法对比24-25
• 2.4.2 优化性能方面的比较25
• 2.5 功率解耦变换器25-29
• 2.5.1 功率解耦变换器的原理25-26
• 2.5.2 功率解耦变换器的拓扑结构26-27
• 2.5.3 功率解耦变换器的控制策略27-29
• 第三章 基于电容优化技术的光伏并网逆变器设计29-51
• 3.1 并网逆变器拓扑结构及分类29-32
• 3.1.1 按隔离类型分类30-31
• 3.1.2 按能量转换环节分类31-32
• 3.2 基于多级式的并网逆变器设计32-37
• 3.2.1 DC/DC 变换器33-34
• 3.2.2 单相 DC/AC 逆变电路34-36
• 3.2.3 逆变器总体拓扑结构36-37
• 3.3 并网逆变器的控制策略37-44
• 3.3.1 逆变电路控制方法概述37-39
• 3.3.2 基于 PR 控制器的控制系统设计39-42
• 3.3.3 DC/DC 控制及 MPPT 的实现42-43
• 3.3.4 虚拟电容原理43-44
• 3.4 并网逆变器的调制方式44-46
• 3.5 最大功率点跟踪46-51
• 3.5.1 光伏阵列的工作原理及输出特性46-47
• 3.5.2 最大功率点跟踪法的比较与选择47-51
• 第四章 系统仿真及结果分析51-69
• 4.1 光伏电池的建模与仿真51-55
• 4.1.1 光伏电池的等效电路51-53
• 4.1.2 光伏电池的 MATLAB 建模与仿真53
• 4.1.3 光伏电池的仿真结果分析53-54
• 4.1.4 最大功率点跟踪仿真54-55
• 4.2 功率平衡问题的仿真研究55-57
• 4.3 逆变电路及其控制的建模与仿真57-69
• 4.3.1 单极性倍频 SPWM 调制方式的建模仿真57-58
• 4.3.2 单相逆变电路的建模与仿真58-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 参考文献71-74
• 发表论文和参加科研情况说明74-75
• 致谢75

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