小功率非隔离型光伏并网逆变器的研究

【摘要】：太阳能是最清洁、最具大规模开发利用前景的可再生能源,其最基本的利用方式有光热转换和光电转换。太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要形式之一,非隔离型光伏并网系统以其低成本、高效率、高可靠性的优点得到了迅速发展。本文以单相两级式非隔离型光伏发电系统为研究对象,着重对光伏逆变器系统的几项功能进行研究,并做了大量仿真和实验。 本文首先对太阳能电池的物理模型和输出特性进行了深入研究,在PSCAD仿真平台自行搭建了用Fortran语言编程实现的光伏阵列仿真模型,仿真结果与光伏阵列输出特性一致。其次,在分析最大功率点跟踪(MPPT)原理的基础上,对比分析了几种常用的MPPT算法,提出了一种基于变步长的MPPT算法,在PSCAD软件中建立了以BOOST升压电路为核心的MPPT控制模型,仿真结果表明该算法具有跟踪速度快、曲线平滑的优点。再次,介绍了光伏逆变器绝缘电阻在线检测的必要性,对比分析了目前常用的平衡电桥法、交流检测法、直流漏电流法等检测方法,在此基础上提出了改进的阈值法,并设计了用于实际样机的硬件电路和相关算法,现场实验表明：检测电路和相关算法具有精度高、可靠性高等优点。最后,阐述了光伏并网系统中直流分量的产生原因及其对电网、尤其是对变压器产生的不利影响,然后由其原因入手,分析了抑制并网直流分量的软件法和硬件法,提出了改进的虚拟电容法,搭建了完整的非隔离型光伏逆变并网仿真系统,并进行了PSCAD仿真,仿真结果表明设计的控制算法对逆变器输出电压直流分量有很好的抑制效果。 【关键词】：光伏并网逆变器 MPPT 绝缘电阻在线检测 直流分量抑制 PSCAD仿真
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景和意义9-12
• 1.1.1 课题背景9-10
• 1.1.2 光伏发电对我国的重要意义10-12
• 1.2 光伏并网逆变器研究现状12-15
• 1.2.1 光伏并网逆变器分类12-13
• 1.2.2 国内外研究现状13-14
• 1.2.3 逆变器并网技术要求14-15
• 1.3 本文主要工作15-16
• 第2章 单相非隔离型光伏并网系统总体分析16-24
• 2.1 系统的构成16
• 2.2 并网逆变器的选择16-18
• 2.3 并网逆变器的主电路拓扑结构的选择18-19
• 2.4 单相两级式非隔离型光伏并网系统工作原理19-20
• 2.4.1 前级BOOST电路的工作原理19-20
• 2.4.2 后级单相全桥逆变器的工作原理20
• 2.5 光伏逆变器的并网控制20-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 太阳能电池及MPPT算法研究24-35
• 3.1 太阳能电池及其输出特性24-26
• 3.1.1 太阳能电池的工作原理24
• 3.1.2 太阳能电池的等效电路24-25
• 3.1.3 太阳能电池的输山特性25-26
• 3.2 基于PSCAD的太阳能电池阵列仿真26-28
• 3.3 常用最大功率点跟踪(MPPT)算法28-31
• 3.2.1 恒定电压法28-29
• 3.2.2 扰动观察法29-30
• 3.2.3 电导增量法30-31
• 3.4 改进的电导增量法31-32
• 3.5 基于BOOST电路的MPPT算法的PSCAD仿真32-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第4章 直流端的绝缘电阻在线检测35-44
• 4.1 引言35
• 4.2 常用的绝缘电阻检测法35-37
• 4.2.1 平衡电桥法35-36
• 4.2.2 交流检测法36-37
• 4.2.3 直流漏电流法37
• 4.3 阈值法的原理和实现37-40
• 4.3.1 阈值法原理37-39
• 4.3.2 阈值法的电路设计和实验验证39-40
• 4.4 改进的阈值法及实验验证40-43
• 4.4.1 改进的阈值法原理40-42
• 4.4.2 实验验证42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第5章 并网输出直流分量的抑制44-53
• 5.1 有关并网直流分量的技术要求44
• 5.2 并网输出直流分量产生的原因及危害44-46
• 5.2.1 并网输出直流分量产生的原因44-45
• 5.2.2 并网直流分量带来的危害45-46
• 5.3 并网输出直流分量的抑制方法46-51
• 5.3.1 硬件直流分量检测和抑制46-47
• 5.3.2 软件直流分量的抑制47-49
• 5.3.3 虚拟电容法及其改进49-51
• 5.4 仿真结果51-52
• 5.5 本章小结52-53
• 第6章 结论与展望53-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果58-59
• 致谢59

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