三电平光伏并网逆变技术的研究

【摘要】：随着世界经济的发展和科学发展观的深入要求，能源需求日趋增长，并且常规化石能源的大量使用造成了世界范围内的环境污染和生态恶化，迫使人类不断寻求和探索可再生能源。太阳能是一种新兴的可再生能源，太阳能发电对缓解日益严重的环境污染和能源危机具有特别重要的意义。在此背景下，本文对光伏发电并网逆变技术进行了详细的分析研究，并对太阳能电池最大功率点跟踪、三电平逆变SVPWM调制技术、并网逆变器控制策略、系统仿真等方面进行了深入研究。 本文首先分析了太阳能电池的工作原理，得到太阳能电池的等效电路并在此基础上建立电池模型进行仿真研究，进而得到太阳能电池的输出特性。通过对常见最大功率点跟踪方法的研究分析，设计了基于模糊控制理论的变步长电导增量法来实现最大功率点跟踪，并建立仿真模型进行分析验证。 多电平逆变器与传统两电平逆变器相比具有许多优势，其利用增加主电路开关管数量和电平数来减小电压应力和输出电压中的谐波，控制方式灵活，并使逆变器的开关管工作在低频或工频状态，以减小开关损耗和电磁干扰，更适合于高压大功率应用场合。本文采用三电平逆变器作为光伏并网的逆变电路，分析了三电平逆变电路的拓扑结构。重点研究三电平逆变电路的SVPWM调制技术，包括大小扇区的划分和判断、各个扇区所选择的基本矢量以及基本矢量的作用顺序判定和作用时间计算、各桥臂功率管切换时刻的计算、12路脉冲波的生成以及中点电位的平衡处理，在分析每个部分时都建立了仿真模型，通过仿真结果对理论分析进行验证。 光伏并网逆变器的控制策略是光伏系统并网控制的关键技术之一，直接影响到系统的稳态性能和动态性能以及并网电压电流波形质量。本文阐述了几种并网逆变器的控制策略，重点研究基于虚拟磁链定向和PI调节的直接功率控制策略。在虚拟磁链定向中出现积分漂移现象，通过设计虚拟磁链观测模型，很好的解决了积分漂移导致磁链定向不准确的问题。 【关键词】：光伏并网发电 最大功率点跟踪 三电平逆变器 SVPWM 直接功率控制
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景及意义13
• 1.2 光伏发电的现状及前景13-15
• 1.2.1 国外光伏发电的发展和现状14
• 1.2.2 国内光伏发电的发展和现状14-15
• 1.2.3 光伏发电的发展前景15
• 1.3 光伏发电系统15-18
• 1.3.1 独立光伏发电系统16
• 1.3.2 并网光伏发电系统16-17
• 1.3.3 互补性光伏发电系统17-18
• 1.4 多电平逆变器18-20
• 1.4.1 多电平逆变器的定义18-19
• 1.4.2 多电平逆变器产生的背景19
• 1.4.3 多电平逆变器的发展过程与应用领域19-20
• 1.5 本文的主要研究内容20-21
• 第2章 太阳能电池模型及最大功率点跟踪技术21-42
• 2.1 光生伏特效应21-23
• 2.2 太阳能电池基本特性与建模23-30
• 2.2.1 太阳能电池等效模型23-25
• 2.2.2 太阳能电池伏安特性参数25
• 2.2.3 太阳能电池输出特性的工程计算25-27
• 2.2.4 太阳能电池建模27-30
• 2.3 光伏发电系统的最大功率点跟踪技术30-41
• 2.3.1 经典最大功率点跟踪方法31-35
• 2.3.2 智能最大功率点跟踪方法35-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第3章 三电平逆变技术与建模42-75
• 3.1 三电平逆变器的种类及拓扑结构42-45
• 3.1.1 钳位式三电平逆变器42-44
• 3.1.2 级联式三电平逆变器44-45
• 3.2 二极管钳位式三电平逆变器的工作原理45-46
• 3.3 三电平逆变器的控制方法46-47
• 3.4 三电平逆变器空间电压矢量47-51
• 3.4.1 空间电压矢量47-48
• 3.4.2 基本空间电压矢量48-49
• 3.4.3 基本空间电压矢量对中点电压的影响49-51
• 3.5 空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）原理与建模51-74
• 3.5.1 扇区的判断51-56
• 3.5.2 基本矢量的作用顺序和作用时间56-61
• 3.5.3 逆变器三相桥各相功率管切换时刻计算61-64
• 3.5.4 12 路驱动脉冲生成64-70
• 3.5.5 二极管钳位型三电平逆变器中点电位平衡控制70-74
• 3.6 本章小结74-75
• 第4章 三电平光伏并网逆变器并网控制策略75-87
• 4.1 逆变系统控制机理75-76
• 4.1.1 并网有源逆变和无源逆变75-76
• 4.1.2 光伏并网逆变器并网控制的基本原理76
• 4.2 光伏并网逆变器控制策略76-77
• 4.3 光伏并网逆变器的数学模型77-79
• 4.4 基于虚拟磁链定向和 PI 调节的直接功率控制79-86
• 4.4.1 虚拟磁链定向问题79-80
• 4.4.2 虚拟磁链定向积分漂移问题80-82
• 4.4.3 瞬时功率计算82-83
• 4.4.4 光伏并网逆变器控制系统结构框图和系统仿真83-86
• 4.5 本章小结86-87
• 总结与展望87-89
• 工作总结87
• 工作展望87-89
• 参考文献89-93
• 攻读硕士期间发表的论文93-94
• 致谢94

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