基于LCL的多功能光伏并网逆变技术研究

【摘要】：光伏并网发电系统与有源电力滤波器(APF)均具有广阔的发展前景，但是都存在制约其发展的障碍。将有源滤波功能融入光伏并网系统中，成为近年来学者解决其实际利用率低、价格昂贵、功能单一、推广困难的研究热点。目前，具有有源滤波功能的多功能光伏并网系统方法主要有双逆变器结构法、分时复用法、根据光照条件切换工作模式三种方法。双逆变器法价格昂贵、逆变器容量利用率不高。分时复用法需要频繁投切并网开关，会增加电网负担且逆变器的利用率不高。第三种方法较前两种具有价格便宜、不需要频繁投切开关且能充分利用逆变器剩余容量的优点。但是目前的控制策略中没有考虑谐波和无功的补偿顺序问题，也没有考虑到谐波和无功的补偿目标。 针对目前有源滤波功能的光伏并网系统控制策略，没有根据剩余容量考虑谐波和无功补偿的顺序和补偿目标问题，本文做了如下工作： 第一，从光伏并网系统和APF的拓扑结构、工作原理以及控制策略方面着手探讨将二者实施统一控制的原理，给出系统主控制策略。 第二，基于并网逆变器的容量限制，保证最大功率光伏并网发电，在谐波和无功指令电流的计算时，优先补偿偏离国家标准的电能质量指标(谐波含量THD≤5%、特定次谐波含量THD1≤4%、功率因数cos≥0.9)，充分利用逆变器容量。 第三，根据电能质量指标的国家标准，设计了一种确定补偿量的算法，研究了在不同情况下算法的具体实现。 第四，为了实时准确的确定补偿量的补偿顺序，改进了基于瞬时无功功率的ip-iq法检测特定次谐波，减少谐波和无功检测的延迟时间和计算量，提高补偿量的检测速度和精度。 第五，为了滤除逆变器中高次谐波对补偿量的干扰，采用了LCL滤波器，研究了其对多功能光伏并网系统的影响，设计出相应的LCL参数。 最后，通过MATLAB/Simulink对基于LCL的多功能光伏并网系统进行了仿真，搭建了基于美国TI公司生产的DSP（TMS320LF28335）为控制核心的试验样机验证系统的参数设计和控制策略的有效性和正确性。 【关键词】：光伏并网 有源滤波器 逆变器 LCL
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 光伏并网发电技术概述9-12
• 1.1.1 光伏产业的发展现状与前景9-11
• 1.1.2 光伏并网发电技术的制约11-12
• 1.2 APF 的发展现状与前景12-15
• 1.2.1 谐波与无功的产生与危害12-14
• 1.2.2 APF 的提出与发展现状14-15
• 1.2.3 APF 的发展前景与制约15
• 1.3 课题研究现状与本文研究目的15-17
• 1.4 本文主要研究内容17-19
• 第2章 具有 APF 功能的多功能光伏并网发电技术研究19-33
• 2.1 具有 APF 功能的多功能光伏并网发电技术的提出19-23
• 2.1.1 光伏并网发电系统结构与原理19-21
• 2.1.2 APF 的结构与原理21-22
• 2.1.3 光伏并网发电系统与 APF 统一控制的可行性分析22-23
• 2.2 具有 APF 功能的光伏并网发电系统原理23-24
• 2.3 LCL 滤波器对多功能光伏并网系统的影响24-31
• 2.3.1 LCL 滤波器对多功能光伏并网系统的影响24-28
• 2.3.2 LCL 滤波器的设计28-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 谐波与无功电流检测33-47
• 3.1 谐波和无功电流检测算法综述33-36
• 3.1.1 频域谐波检测法33-34
• 3.1.2 时域谐波检测法34-35
• 3.1.3 自适应谐波检测方法35-36
• 3.2 基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测36-41
• 3.2.1 三相电路的瞬时无功功率理论36-39
• 3.2.2 基于瞬时无功功率理论的谐波与无功电流检测39-41
• 3.3 本系统谐波与无功电流检测算法41-46
• 3.3.1 系统总谐波和无功电流检测与仿真41-42
• 3.3.2 特定次谐波检测42-45
• 3.3.3 低通滤波器对谐波检测的影响45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 基于 LCL 的多功能光伏并网系统控制策略研究47-61
• 4.1 LCL 滤波器的谐振抑制47-52
• 4.1.1 LCL 滤波器的谐振峰抑制47-51
• 4.1.2 基于虚拟电阻法的 LCL 谐振控制51-52
• 4.2 指令电流的生成52-57
• 4.2.1 补偿量的计算52-57
• 4.2.2 指令电流合成57
• 4.3 直流侧电压的控制57-58
• 4.4 基于前级 DC/DC 的 MPPT 控制58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 基于 LCL 的多功能光伏并网系统的仿真实验研究61-71
• 5.1 BOOST 主电路参数设计61-63
• 5.1.1 直流储能电感 L 的设计61-62
• 5.1.2 平波电容 Cdc的设计62-63
• 5.2 系统软件设计63-66
• 5.3 系统仿真分析66-70
• 5.3.1 系统分别进行光伏并网发电和有源滤波仿真分析66-67
• 5.3.2 系统分别补偿谐波和无功时的仿真分析67-69
• 5.3.3 不同光照下系统选择性补偿的仿真分析69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第6章 工作总结与展望71-73
• 6.1 论文总结71-72
• 6.2 工作展望72-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 附录：硕士期间公开发表的论文77

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