光伏并网发电系统模块化网侧接口变换器研究

【摘要】：分布式直流供电系统可以更高效的利用新能源，并提供高质量和可靠稳定的直流电能，满足现代电子及电力器件对电能的多样性需求，提高新能源的利用率。近年来，随着新能源的深入开发以及人们对直流供电系统研究的不断深入，直流微网被提出并得到了国际上很多研究机构的重视，作为直流供电系统，在如今的生活用电中，直流微网省去了交流电网供电时所用的众多交-直和直-交变换环节，提高了能源利用率，且能更好的与新能源对接。 在直流微网或直流供电系统中，通常需要双向DC/AC变换器与交流大电网进行连接，实现直流供电系统与交流电网之间能量的双向流动，双向DC/AC变换器作并网接口单元，它优先调节直流总线电压，实现交、直流功率解耦，使得直流微网与大电网相互支撑，互为冗余。并网接口单元采用模块化结构可以提高系统冗余性和可靠性，有利于简化系统热设计；降低功率器件的电气应力；缩短系统研发周期，降低开发成本；实现多模块冗余供电，提高可扩展性。 本文基于直流供电的光伏发电系统分析了并网接口的运行方式，并基于该系统重点研究了并网接口单元即模块化双向DC/AC并网变换器，分析了传统的控制策略在模块化并联运行时所存在的问题，并总结了模块化DC/AC变换器双向运行与直流总线电压存在的内在联系，在此基础上研究了改进的模块化双向DC/AC控制策略，该控制策略通过整流电压调节器和逆变电压调节器两个调节器共同作用，使得各个双向DC/AC模块在并联运行时可以达到功率的双向流动，保证了各个模块在整流运行或逆变运行时功率流动方向一致，并且使得系统在整流运行和逆变运行切换时达到了无缝切换，文中对该控制策略进行了具体的分析。最后分析了基于空间矢量控制的三相双向DC/AC并网变换器，将改进的模块化双向并网运行策略应用于三相双向DC/AC并网模块，并在文中做出了适当的分析。 在理论分析的基础上，本文给出了所用验证系统的框架设计，并给出了双向DC/AC并网变换器模块的主要参数、电路和软件的设计，最后在该系统上分别进行了模块化单相和三相DC/AC并网变换器的实验结果，实验结果表明所研究的模块化双向性并网控制策略可以达到各个模块功率的双向流动，保证了各个模块在整流运行或逆变运行时功率流动方向一致，并且使得系统在整流运行和逆变运行切换时达到了无缝切换。 【关键词】：双向DC/AC变换器 并网 模块化 并联 光伏发电系统 直流微网/直流供电系统
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 课题背景12-14
• 1.1.1 光伏应用现状12-13
• 1.1.2 光伏并网发电系统结构13-14
• 1.2 直流微网概述14-16
• 1.2.1 直流微网简介及其发展现状14-15
• 1.2.2 直流微网的研究意义15-16
• 1.3 模块化双向 DC/AC 并网变换器16-20
• 1.3.1 双向 DC/AC 并网控制策略16-19
• 1.3.2 模块化设计的意义19
• 1.3.3 孤岛检测技术19-20
• 1.4 本文的主要研究工作20-21
• 第二章 分布式直流供电系统21-29
• 2.1 基于直流总线的并网发电系统分析21-25
• 2.2 单元模块分析25-28
• 2.3 本章小节28-29
• 第三章 模块化双向 DC/AC 并网控制策略29-45
• 3.1 传统的单相双向 DC/AC 并网控制策略29-38
• 3.1.1 控制系统整体框架29-30
• 3.1.2 系统控制原理30-34
• 3.1.3 传统控制策略的并联运行34-38
• 3.2 模块化单相双向 DC/AC 并网控制策略38-42
• 3.2.1 模块化单相双向并网控制策略38-39
• 3.2.2 控制策略分析及关键参数设计39-42
• 3.3 模块化三相双向 DC/AC 并网控制策略42-44
• 3.3.1 基于空间矢量控制的三相双向 DC/AC 并网控制策略42-43
• 3.3.2 d-q 锁相基本原理43-44
• 3.4 本章小节44-45
• 第四章 并网接口模块的设计45-55
• 4.1 模块化单相双向并网模块的设计45-50
• 4.1.1 系统整体结构45
• 4.1.2 主要功率参数及控制电路设计45-48
• 4.1.3 系统软件设计48-50
• 4.2 模块化三相并网模块的设计50-54
• 4.2.1 系统整体结构50-51
• 4.2.2 主要功率参数及控制电路设计51-53
• 4.2.3 系统软件设计53-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第五章 实验结果与分析55-65
• 5.1 模块化单相双向 DC/AC 系统实验55-61
• 5.1.1 实验验证系统结构55-56
• 5.1.2 传统的双向 DC/AC 并网控制策略实验结果56-57
• 5.1.3 改进的模块化双向 DC/AC 并网控制策略实验结果57-61
• 5.2 模块化三相双向 DC/AC 系统实验61-64
• 5.2.1 实验验证系统结构61-62
• 5.2.2 实验结果62-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-66
• 6.1 全文工作总结65
• 6.2 后续工作展望65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文71

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