3KW单相非隔离型光伏并网逆变器的研究

【摘要】：随着环境污染和能源短缺问题的日益严重,开发和利用可再生能源已经提上了世界各国的首要日程。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、最有大规模开发利用前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注。太阳能利用方式有很多种,而太阳能并网发电最能代表太阳能光伏利用的发展方向,已经逐渐成为利用太阳能的主流。并网逆变器作为光伏并网系统的核心部件也得到了广泛的研究。本文以单相光伏并网发电系统为研究对象,着重对光伏逆变环节进行分析研究,提出了一种基于DSP控制的非隔离型光伏并网逆变器的实现方案。 本文首先概述了光伏发电的背景意义及发展前景,并分析了当前国内外光伏产业的现状与分布;其次介绍了光伏发电工作原理及其分类,重点讨论了光伏并网发电系统拓扑结构。最后介绍了系统的软硬件设计过程,包括系统主电路及其主要元件设计、控制保护及辅助电路设计、软件开发环境及软件控制流程。 本文对光伏并网发电系统的功率变换技术、防孤岛效应技术、并网控制技术进行了重点的系统研究。在此基础上,提出了异步单极性规则采样的SPWM功率变换方法、周期性扰动正反馈有源频率漂移孤岛检测方法和一种基于无差拍控制的并网方法。并重点研究了非隔离型光伏并网逆变器关键问题—共模电流问题、直流分量问题、电磁兼容问题。对共模系统进行分析,提出了共模滤波器的设计方法;分析了非隔离型并网系统中的逆变器易向电网注入直流分量的问题,并提出了相应的软硬件的解决方法;介绍了逆变器电磁兼容问题,并给出了软硬件减少电磁干扰的方法。 基于以上设计理念,开发了一台3KW非隔离型单相光伏并网逆变器的实验样机,并完成了相应的实验测试,取得了良好的实验结果。结果表明,本文所提出的非隔离型单相光伏并网逆变器的设计方案是切实可行的。 【关键词】：非隔离型 光伏并网 孤岛效应 功率变换 共模电流 直流分量
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 光伏发电的背景及意义11-14
• 1.1.1 发展太阳能发电的必要性11-12
• 1.1.2 光伏发电的广阔前景及发展趋势12-14
• 1.2 光伏发电技术发展和现状14-18
• 1.2.1 国外光伏发电的发展和现状14-16
• 1.2.2 国内光伏发电的发展和现状16-18
• 1.3 光伏发电系统18-23
• 1.3.1 光伏发电工作原理及分类18-20
• 1.3.2 光伏并网发电系统拓扑结构20-23
• 1.4 论文课题背景及主要研究内容23-25
• 第二章 并网逆变器关键控制技术研究25-49
• 2.1 功率变换技术25-33
• 2.1.1 SPWM控制原理25-27
• 2.1.2 SPWM产生方法27-29
• 2.1.3 SPWM调制方式29-32
• 2.1.4 SPWM采样方法32-33
• 2.2 孤岛效应33-45
• 2.2.1 分布式电源并网标准33-35
• 2.2.2 孤岛效应的研究意义35-36
• 2.2.3 孤岛效应发生机理、原因及其危害性36-37
• 2.2.4 常用孤岛检测方法37-42
• 2.2.5 周期扰动AFDPF方法42-45
• 2.3 逆变器并网控制45-47
• 2.3.1 逆变器参考电流的获取45-46
• 2.3.2 常用电流控制方法的比较46-47
• 2.3.3 无差拍控制原理47
• 2.4 本章小结47-49
• 第三章 系统软硬件设计49-73
• 3.1 光伏逆变器的性能指标49-52
• 3.2 控制与保护电路设计52-57
• 3.2.1 DSP功能介绍及选型52-53
• 3.2.2 外围采样保护电路设计53-56
• 3.2.3 辅助电源设计56-57
• 3.3 主电路设计57-65
• 3.3.1 DC/DC变换电路58-61
• 3.3.2 DC/AC变换电路61-65
• 3.4 系统软件开发环境65-68
• 3.4.1 I/O初始化程序66-67
• 3.4.2 A/D中断程序67-68
• 3.5 系统控制软件方案68-72
• 3.5.1 主程序软件设计68-69
• 3.5.2 中断子程序软件设计69-72
• 3.6 本章小结72-73
• 第四章 非隔离型光伏并网逆变器关键问题73-84
• 4.1 非隔离光伏逆变器共模电流问题73-77
• 4.1.1 非隔离共模系统分析73-75
• 4.1.2 共模滤波器的设计75-77
• 4.2 非隔离光伏逆变器直流分量问题77-81
• 4.2.1 直流分量产生的原因77-78
• 4.2.2 抑制输出直流分量的控制算法78-81
• 4.3 系统的电磁兼容性设计81-83
• 4.4 本章小结83-84
• 第五章 实验结果与稳定性分析84-101
• 5.1 实验系统84-85
• 5.2 并网逆变器系统调试试验85-96
• 5.2.1 并网逆变器驱动测试85-86
• 5.2.2 光伏并网逆变器烤机测试86-91
• 5.2.3 光伏并网逆变器孤岛保护测试91-92
• 5.2.4 光伏并网逆变器保护测试92-95
• 5.2.5 系统电磁兼容性95-96
• 5.3 光伏并网发电系统的可靠性分析96-100
• 5.3.1 系统中的元件稳定性分析97-98
• 5.3.2 影晌系统可靠性的原因98-99
• 5.3.3 提高系统可靠性的措施99-100
• 5.4 本章小结100-101
• 结论101-104
• 1. 工作总结101-102
• 2. 本文创新点102
• 3. 进一步研究工作的展望102-104
• 参考文献104-109
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果109-110
• 致谢110-111
• 附表111

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