光伏发电系统中的逆变器研究

【摘要】：在世界各国竞相发展绿色可再生能源的今天,太阳能凭其独特的优点受到了一致青睐。在太阳能的各种应用中,光伏应用备受关注。随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展,太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。独立发电(Stand-alone)系统和并网发电(Grid-connected)系统将成为光伏发电系统的主流。其中独立发电系统中逆变器的输出电压和并网发电系统中逆变器并联运行控制是两大技术难题,本文针对单相逆变器并联下垂控制和三相四桥臂带不平衡负载控制做了理论分析和仿真研究。 在研究三相四桥臂逆变器输出波形控制之前,首先研究单相逆变器的控制,基于单相逆变器的研究,提出了三相四线制控制思想。针对单相逆变器控制时提出了双环控制,即外环和内环控制。外环采用两个PI控制器对幅值和相位分别进行独立控制,确保输出电压的稳态精度；内环控制加入了比例控制器,减小了滤波电感,保证电源输出的快速响应和减少了波形的畸变。利用相关函数概念,针对电压相位检测问题提出了一种新的算法。通过仿真研究表明,所提出的控制系统具有良好的动态和静态特性,在负载任意条件下都能保持输出波形的正弦度。 针对三相不平衡或者非线性负载供电提出三相四桥臂逆变器。由于第四桥臂的滤波电感的耦合效应,使三相电压的控制变得十分复杂。针对该问题,本文提出了一种解耦控制策略,将滤波电感看成是电源内部的阻抗,并从改变电源内部阻抗思想出发,推导出变换关系式,使三相电压控制实现解耦。将复杂的三相电压的控制转化成单相电压控制问题。在本文研究的单相逆变器控制的基础之上我们采用了3次谐波注入法,提高了直流母线电压的利用率。同时解决了第四桥臂的电感值的选择问题。本文提出的控制算法计算简单和易于控制。通过仿真研究表明,该逆变的输出可带任意负载,且具有良好的动态特性和静态特性。 在分析逆变器并联运行控制时,采用了无互联线下垂控制。利用传统的下垂控制理论控制并联逆变器之间的环流和输出有功功率、无功功率。对并联系统进行了简单的仿真研究,验证了下垂控制理论能够应用在逆变器并联控制系统中。 【关键词】：光伏发电 双环控制 解耦控制 单相逆变器 三相四桥臂逆变器 下垂控制
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 太阳能光伏发电产业的广阔前景12-15
• 1.2.1 国外光伏发电产业的现状12-13
• 1.2.2 国内光伏发电产业的现状13-15
• 1.3 太阳能光伏发电工作原理及系统组成15-17
• 1.3.1 太阳能光伏发电的工作原理15
• 1.3.2 太阳能光伏发电系统组成15-17
• 1.4 独立光伏发电系统中的逆变器17-18
• 1.4.1 独立光伏发电系统的拓扑结构17
• 1.4.2 正弦逆变器的现状17-18
• 1.5 本文研究工作18-19
• 第2章 光伏发电系统中逆变器的控制策略19-27
• 2.1 并网发电系统中逆变器控制19-22
• 2.1.1 有互联线逆变器并联控制19-20
• 2.1.2 无互联线逆变器并联控制20-22
• 2.2 独立发电系统中的逆变器控制22-27
• 2.2.1 单相逆变器控制技术22-23
• 2.2.2 三相四桥臂逆变器控制技术23-27
• 第3章 独立发电系统中单相逆变器控制27-45
• 3.1 SPWM调制基本原理27-31
• 3.1.1 双极性SPWM调制理论27-30
• 3.1.2 双极性SPWM调制谐波分析30-31
• 3.2 电力滤波器设计31-34
• 3.2.1 理论计算32-33
• 3.2.2 分析验证33-34
• 3.3 单相SPWM逆变器双环控制策略仿真34-45
• 3.3.1 控制原理35-36
• 3.3.2 建模与仿真结果分析36-45
• 第4章 独立发电系统中三相四桥臂逆变器控制45-69
• 4.1 适于负载不平衡的三相逆变器45-48
• 4.1.1 Δ/Y变压器的逆变器45
• 4.1.2 中点形成变压器(NFT)式三相逆变器45-46
• 4.1.3 分裂电容式的逆变器46-47
• 4.1.4 组合式三相逆变器47
• 4.1.5 三相四桥臂逆变器47-48
• 4.2 三相四桥臂逆变器解耦控制48-52
• 4.2.1 解耦控制理论分析48-52
• 4.2.2 控制参数的选择52
• 4.3 解耦控制建模52-57
• 4.3.1 零线相建模53-54
• 4.3.2 单相控制建模54-56
• 4.3.3 SPWM波形建模56
• 4.3.4 控制系统建模56-57
• 4.4 仿真结果分析57-69
• 4.4.1 三相平衡负载57-61
• 4.4.2 三相不平衡负载61-65
• 4.4.3 突加负载65-67
• 4.4.4 结果分析67-69
• 第5章 并网发电系统中逆变器控制69-83
• 5.1 逆变器并联控制原理69-74
• 5.1.1 基于下垂法的同步并联69-72
• 5.1.2 下垂系数的确定72-74
• 5.2 逆变器输出功率计算74-75
• 5.3 逆变电源并联预同步实现75-78
• 5.3.1 同步信号获取75-77
• 5.3.2 数字锁相稳态分析77-78
• 5.4 系统建模与仿真分析78-83
• 5.4.1 无线并联控制算法的建模78-79
• 5.4.2 无线并联逆变器仿真模型79-80
• 5.4.3 仿真结果分析80-83
• 第6章 总结与展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89

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