10kW单相光伏并网逆变系统及控制技术研究

【摘要】：太阳能作为一种可再生能源,是最有潜力的替代能源之一,是人类可以直接使用的清洁能源,而我国又是世界上太阳能资源最为丰富的国家之一,因此,在能源危机日益严重的今天,研究电力电子装置效率、改善其输出特性,开发和利用太阳能具有重大的战略意义。本文设计构建了太阳能并网逆变系统,并从最大功率点跟踪和逆变器的驱动、系统参数计算与控制器设计三个方面进行了深入研究。 针对传统光伏逆变器体系结构存在着成本高、可靠性差和热斑现象等不足,本文提出了一种并联多支路的光伏逆变器结构,前级采用boost电路升压,可完成光伏电池最大功率点跟踪,后级逆变环节采用全桥逆变电路,输出级采用工频隔离变压器来实现电气隔离,从而实现了光伏电能输入,标准市电输出,克服了传统光伏逆变系统的一些不足。除此之外,本文还在如下环节做了较详细的研究: (1)DC/DC电路拓扑与控制器设计。主电路采用超级电容与boost升压电路组合的形式。以多晶硅太阳能电池板输出侧的电压与电流作为控制变量,在保证boost电路直流母线电压为500V的前提下,以最大功率作为的控制目标,采用变步长扰动观测算法实现最大功率点跟踪,极大限度的提高太阳能的利用率。 (2)大功率DC/AC并网逆变器主电路拓扑及其控制器设计。DC/AC主电路采用电压型全桥逆变结构,功率器件使用IGBT模块或同等功率的IGBT单管,应用SPWM控制方式。采用dsPIC30F5015作为控制器主控芯片,完成了主控制器的设计,并对主逆变缓冲电路和输出侧滤波器进行了详细的参数计算。根据简单、鲁棒的原则,采用PID算法有效地稳定了直流母线电压同时调节了并网功率因数;采用被动孤岛检测法与主动孤岛检测法结合来防止孤岛效应。 本文作者设计了10kW光伏并网逆变系统,并相应制作了小容量的逆变器闭环装置和大量仿真实验。通过对整个系统的理论分析和仿真结果证明,该系统设计方案是光伏并网发电领域的高效可行的较佳方案,具有不可估量的理论意义和经济意义。 【关键词】：光伏发电 逆变器 并网运行 IGBT 最大功率点跟踪
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题的研究背景11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 国外光伏并网发电的现状和趋势11-13
• 1.2.2 国内光伏并网发电的现状和趋势13-16
• 1.3 本课题的主要研究内容16-18
• 第二章 光伏并网发电系统的体系结构18-21
• 2.1 集中式结构18
• 2.2 交流模块式结构18-19
• 2.3 串联式结构19
• 2.4 并联多支路结构19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第三章 功率输入侧直流斩波升压系统设计21-33
• 3.1 直流斩波升压系统概述21
• 3.2 直流斩波升压系统性能要求21-25
• 3.2.1 太阳能电池物理特性分析21-23
• 3.2.2 本设计采用的变步长扰动观测法23-25
• 3.3 系统设计及理论分析25-32
• 3.3.1 IGBT驱动电路和缓冲电路25-30
• 3.3.2 功率器件的损耗与仿真分析30-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 并网逆变系统设计33-45
• 4.1 并网逆变系统概述33-34
• 4.2 系统设计及理论分析34-40
• 4.2.1 输出侧滤波电路34-39
• 4.2.2 缓冲电路39-40
• 4.3 系统测试40-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 采样检测系统设计45-51
• 5.1 太阳能电池输出功率测量45-46
• 5.1.1 直流电压测量45-46
• 5.1.2 直流电流测量46
• 5.2 输出侧电压幅值与相位检测46-48
• 5.2.1 交流电压幅值测量46-47
• 5.2.2 交流电压相位检测47-48
• 5.3 输出侧电流幅值与相位检测48-50
• 5.3.1 交流电流幅值测量48-49
• 5.3.2 交流电流相位检测49-50
• 5.4 本章小结50-51
• 第六章 并网光伏发电系统的孤岛效应及反孤岛策略51-57
• 6.1 孤岛效应概述51-53
• 6.1.1 含义51-52
• 6.1.2 孤岛效应的危害52
• 6.1.3 孤岛效应的相关标准52-53
• 6.2 孤岛效应的检测方法53-55
• 6.2.1 被动孤岛检测方法54
• 6.2.2 主动孤岛检测方法54
• 6.2.3 基于通讯的反孤岛方法54-55
• 6.3 本设计采用的孤岛检测方法55
• 6.4 本章小结55-57
• 第七章 微控制器选型及控制策略设计57-71
• 7.1 微控制器选型57-58
• 7.2 控制策略设计58-67
• 7.2.1 控制要求58-59
• 7.2.2 boost升压电路控制策略59-62
• 7.2.3 并网逆变器控制策略62-67
• 7.3 系统整体结构和控制流程67-70
• 7.3.1 系统整体结构67-68
• 7.3.2 控制流程68-70
• 7.4 本章小结70-71
• 第八章 结论71-72
• 参考文献72-74
• 附录A 实际研制的PCB板74-75
• 在学研究成果75-76
• 致谢76

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