基于虚拟矢量定向单相光伏并网逆变器的研究

【摘要】：面对严峻的能源形势和人类生态环境形势压力下,太阳能作为绿色能源越来越受到世界各国的重视。由于光伏并网发电不受能源资源、原材料和应用环境的限制,因此具有最广阔的发展前景,是未来世界能源和电力的主要来源。而并网逆变器是连接光伏发电系统与电网的接口,因此对于并网逆变器控制技术的研究具有重要意义。本文的研究工作如下： 首先,本文介绍了光伏并网系统国内外发展现状和趋势,并对光伏发电系统的组成和并网逆变器的运行模式及拓扑结构作了阐述。针对两种常用单相光伏并网逆变器的控制方法作了分析,总结了它们的优缺点。然后,本文提出了一种新的控制方法即基于虚拟矢量定向单相光伏并网逆变器控制策略。 其次,建立了基于虚拟矢量定向的单相并网逆变器在两相静止坐标系与两相旋转坐标系下的低频数学模型和高频数学模型,然后对单相并网逆变器的运行状态和工作原理进行了分析,为后面建模仿真奠定了理论基础。给出了基于虚拟矢量定向的单相并网逆变器在dq旋转坐标系中的矢量关系及解耦控制方案,接着设计电流环计算步骤；然后在MATLAB/SIMUlink环境下,对三种电流跟踪控制方法分别建立模型进行仿真,并对三种控制策略仿真波形进行比较,最后得出基于虚拟矢量定向控制策略仿真效果最佳。该仿真结果验证了系统控制策略的正确性。 最后,本文设计了基于TMS320LF2407的虚拟矢量定向单相光伏并网逆变器控制系统。对控制系统的软硬件设计作了详细论述,硬件方面包括几个主要电路的设计过程；然后在硬件电路基础上设计系统软件,软件部分主要由主程序、周期中断子程序和故障处理子程序组成。实验结果验证了控制策略的可行性及有效性。 【关键词】：新能源 虚拟矢量定向 旋转坐标系 并网逆变器
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 光伏并网发电技术发展现状11-12
• 1.2.1 国外光伏并网发电技术的发展和趋势11
• 1.2.2 国内光伏并网发电技术发展现状11-12
• 1.3 太阳能光伏发电系统概述12-13
• 1.4 光伏发电系统的运行模式13-15
• 1.5 并网逆变器的拓扑15-16
• 1.6 两种常用的逆变器控制方法简述16-18
• 1.6.1 滞环电流控制16-17
• 1.6.2 双环控制17-18
• 1.7 基于虚拟矢量定向单相光伏并网逆变器的控制策略介绍18-20
• 1.8 本文研究的主要内容20-22
• 第二章 基于虚拟矢量定向单相并网逆变器的工作原理及数学模型22-29
• 2.1 基于虚拟矢量定向单相并网逆变器低频数学模型22-24
• 2.1.1 两相静止坐标系下的低频模型22-23
• 2.1.2 两相同步旋转坐标系下的低频模型23-24
• 2.2 基于虚拟矢量定向单相并网逆变器高频数学模型24-26
• 2.2.1 两相静止坐标系下的高频模型24-25
• 2.2.2 两相同步旋转坐标系下的高频模型25-26
• 2.3 单相并网逆变器电路拓扑与工作原理分析26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 基于虚拟矢量定向单相光伏并网逆变器控制与仿真29-45
• 3.1 光伏并网逆变器控制技术29-32
• 3.1.1 正弦脉宽调制技术简介32
• 3.2 基于虚拟矢量定向的系统控制32-33
• 3.3 DQ旋转坐标系下解耦控制33-35
• 3.4 电流环分析设计35-37
• 3.4.1 电网电压前馈系数计算36
• 3.4.2 PI调节器设计36-37
• 3.5 控制策略的仿真研究37-44
• 3.5.1 仿真工具简介37-38
• 3.5.2 基于静止坐标系单相并网逆变器的电流跟踪控制仿真模型及分析38-39
• 3.5.3 滞环电流跟踪控制的仿真模型与分析39-40
• 3.5.4 基于虚拟矢量定向的矢量控制仿真40-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 系统参数及硬件设计45-55
• 4.1 系统参数设计45-49
• 4.1.1 直流母线电压设计45-46
• 4.1.2 开关管的选择46
• 4.1.3 直流侧电容的设计46-47
• 4.1.4 交流侧滤波电感的选择47-49
• 4.2 系统硬件设计49-51
• 4.2.1 DSP控制器简介50-51
• 4.2.2 功率管驱动芯片IR210351
• 4.3 驱动电路51-52
• 4.4 交流量采样电路52-53
• 4.5 保护电路53-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第五章 系统软件设计及实验结果55-63
• 5.1 软件设计55-59
• 5.1.1 主程序55-56
• 5.1.2 周期中断子程序56-58
• 5.1.3 功率驱动保护中断子程序58-59
• 5.2 软件锁相59-60
• 5.3 实验结果与分析60-61
• 5.4 本章小结61-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 论文总结63-64
• 6.2 不足与展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间研究成果69

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