光伏分布式发电中多逆变器并联技术研究与实现

【摘要】：随着社会经济的发展，人类对电力的需求日益增大。但是，能源危机环境污染的日益加重，促进了人类对新能源发电技术的研究。光伏发电技术以其独特的优势成为未来发电的主要方式之一，发展前景巨大，国内外研究学者对其开展的研究也日益加深。然而，光伏发电的安装位置受自然条件和地理区域的限制，且分布式发电装置容量也不尽相同，此时就需要大量光伏逆变器并联来完成从分布式发电装置向电网或者负载输送电能的任务。 本文即以光伏分布式发电中多逆变器并联技术为研究对象，从传统多台逆变器并联运行控制入手，对基于下垂特性控制的多逆变器并联控制策略进行分析：以含有两个分布式发电单元的逆变器并联系统为例，推导了并联逆变器等效输出阻抗呈电感性条件下的下垂特性表达式，以及电压电流双环控制的逆变器输出阻抗表达式。在此部分，还简单地介绍了通过引入一种感性虚拟阻抗，改变逆变器的等效输出阻抗的方法。 接下来，重点针对低电压光伏分布式发电中逆变器连接线路电阻值远大于电抗值的电气特性，提出了将逆变器等效输出阻抗设计呈电阻性的解决方案。通过分析研究可见，引入合适的虚拟阻抗，可较好地将逆变器输出阻抗设计呈电阻性。这样，由于连接线路电气参数导致的低电压并联系统中环流较大的情况可得到明显改善。 最后，介绍了光伏分布式发电中多逆变器并联系统基于DSP控制系统的硬软件设计，通过Matlab/Simulink仿真和样机实验证明了提出的基于虚拟复阻抗的多逆变器并联电压控制策略相对传统控制策略，可明显减弱系统环流、实现较好的功率均分效果，证明了所提出理论研究和设计方法的正确性。 【关键词】：光伏分布式发电 逆变器并联 下垂特性控制 输出阻抗 虚拟阻抗
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 光伏分布式发电的研究背景及意义10-11
• 1.2 光伏分布式发电的国内外研究现状11-12
• 1.3 光伏分布式发电系统结构12-13
• 1.4 逆变器控制技术概述13-14
• 1.5 多逆变器并联技术简介14-23
• 1.5.1 逆变器并联技术的现状与发展14-15
• 1.5.2 有联络线并联控制方式简介15-16
• 1.5.3 无联络线并联控制方式简介16-18
• 1.5.4 下垂特性控制方式18-22
• 1.5.5 光伏分布式发电中多逆变器并联系统结构22-23
• 1.6 本文的主要工作23-25
• 第2章 基于下垂特性控制的逆变器双环控制策略25-48
• 2.1 单相逆变器参数设计25-29
• 2.1.1 逆变器主电路模型25-27
• 2.1.2 单相逆变器的 LC 滤波参数设计27-29
• 2.2 并联逆变器等效模型29-32
• 2.2.1 单台逆变器的等效模型29
• 2.2.2 闭环反馈与系统均流特性的矛盾29-31
• 2.2.3 两台逆变器并联运行的等效模型分析31-32
• 2.3 逆变器并联系统环流分析32-34
• 2.4 下垂特性控制34-36
• 2.5 逆变器输出阻抗分析36-40
• 2.5.1 逆变器输出阻抗计算36-37
• 2.5.2 虚拟阻抗及其对输出阻抗的校正37-39
• 2.5.3 不同额定容量并联逆变器输出阻抗设计39-40
• 2.6 逆变器并联系统稳定性分析与参数确定40-45
• 2.6.1 逆变器输出功率的计算40-41
• 2.6.2 下垂控制参数的确定41
• 2.6.3 下垂控制器稳定性分析41-45
• 2.7 谐波功率的解耦控制45-47
• 2.8 本章小结47-48
• 第3章 基于虚拟复阻抗的多逆变器并联运行电压控制策略48-56
• 3.1 阻性等效输出阻抗的提出48-49
• 3.2 引入虚拟复阻抗的逆变器输出阻抗49-53
• 3.2.1 逆变器结构分析与输出阻抗49-50
• 3.2.2 虚拟复阻抗的引入及输出阻抗分析50-53
• 3.3 电压控制策略研究53-55
• 3.3.1 基于虚拟复阻抗电压控制策略53-54
• 3.3.2 下垂控制器设计54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第4章 基于 DSP 的控制系统硬软件设计56-68
• 4.1 控制系统硬件设计57-64
• 4.1.1 DSP 控制系统资源分配57-58
• 4.1.2 外围采样电路设计58-60
• 4.1.3 数字锁相环的硬件结构60-63
• 4.1.4 死区生成电路63-64
• 4.1.5 IPM 模块驱动电路64
• 4.2 控制模型的离散化64-66
• 4.2.1 输出功率计算的离散化64-65
• 4.2.2 PID 控制算法的离散化65-66
• 4.3 控制系统软件设计66-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第5章 仿真与实验结果68-72
• 5.1 仿真分析68-69
• 5.2 实验验证69-71
• 5.3 本章小结71-72
• 结论72-75
• 参考文献75-79
• 附录 A 攻读学位期间获得的研究成果79-80
• 致谢80

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