光伏并网逆变系统的研究及应用

【摘要】： 随着世界各国经济的迅猛发展,非再生能源的利用量与日俱增,能源危机、环境恶化越来越严重,业已成为全人类面临的最大的问题,在这样一种严峻的形式下,人们开始着力研究开发可再生、无污染的能源。太阳能是地球上蕴藏最为丰富,是非再生能源的主要替代品之一,是人类可以直接利用的无污染的能源之一,因此开发利用太阳能具有重大的战略意义,光伏发电技术是太阳能应用领域一项非常重要的技术,是研究开发太阳能的必然发展趋势,它已经成为最为热门的能源话题。 本文主要研究光伏并网发电系统的逆变器控制方法以及拓扑结构。由于光伏电池的价格高,而转换效率比较低,为了降低整个发电系统的造价和高效地利用太阳能,光伏系统的核心——逆变器的转化效率成为了关键,而这个转化效率只有通过改善其控制策略和优化拓扑结构来实现。 根据实际情况,本文采用双极式无变压的系统结构,研究内容主要分成三块: (1)直流侧研究了光伏电池的原理以及输出特性,建立电池的仿真模型,利用matlab/simulink仿真软件模拟处于不同环境及不同日照强度下的太阳能电池输出特性。仿真与实际测量数据进行对比,从而验证了所建仿真模型的正确性,为后续整个系统的仿真奠定基础;分析了各种最大功率跟踪策略,选定电导增量法最为本文的MPPT策略,DC-DC环节采用BOOST升压电路,对电路的工作原理进行了分析,选定各个元器件的型号以及参数。 (2)交流侧逆变器的拓扑结构和控制策略是本文的重点,通过分析传统逆变器桥式结构,发现其存在上下桥臂直通等一些缺陷,为改善这些缺陷,提出一种双BUCK逆变结构;详细地研究了滞环PWM、固定频率PWM等多种并网逆变器的控制策略,通过分析,提出了正弦环宽的电流滞环控制策略和三环控制策略;交流侧滤波器的设计也是本文的研究问题之一,通过一系列的数学原理分析,选定常规的LC滤波器,确定了其参数大小。 (3)仿真实验及硬件的设计基于本文提出的两种控制策略,利用MATLAB对整个系统建立仿真模块,进行仿真分析,从仿真及实验结果中可以看出,逆变系统实现了输出功率因数接近1的目标。建立一套1.5KW的光伏并网发现系统,所有的检测数据都通过DSP来控制处理,实验结果表明本文采用的控制策略和设计方法是可行有效的,主电路和控制电路的设计是合理的。 【关键词】：光伏并网逆变器 固定频率的滞环控制 电压空间矢量 最大功率跟踪
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-4
• 第1章 绪论4-15
• 1.1 光伏发电的背景及意义9-10
• 1.2 光伏发展现状和前景10-12
• 1.2.1 光伏发展的现状10-11
• 1.2.2 光伏发展的前景11-12
• 1.3 光伏发电系统的简单介绍12-14
• 1.4 本文的主要工作14-15
• 第2章 直流侧工作原理与设计15-25
• 2.1 光伏电池的基本工作原理与输出特性15-18
• 2.1.1 光伏电池基本原理15-17
• 2.1.2 光伏电池的输出特性17-18
• 2.2 最大功率跟踪(MPPT)控制器的设计18-24
• 2.2.1 BOOST 升压电路实现最大功率跟踪的原理19-20
• 2.2.2 MPPT 控制策略20-24
• 2.3 小结24-25
• 第3章 并网逆变器的拓扑结构与控制策略25-43
• 3.1 并网逆变器的拓扑结构25-31
• 3.1.1 传统桥式拓扑25-28
• 3.1.2 双BUCK 拓扑结构28-31
• 3.2 并网逆变器的控制策略31-42
• 3.2.1 几种常规的控制策略31-32
• 3.2.2 改进的滞环电流控制策略32-42
• 3.2.2.1 三态滞环控制32-37
• 3.2.2.2 正弦环宽的电流滞环控制37-38
• 3.2.2.3 三环控制38-42
• 3.3 小结42-43
• 第4章 仿真实验43-53
• 4.1 仿真软件简介43
• 4.2 光伏发电系统的仿真模型43-48
• 4.2.1 光伏电池仿真模型43-46
• 4.2.2 交流电网模块的搭建46-48
• 4.3 单相光伏并网逆变系统的仿真结果及分析48-52
• 4.4 小结52-53
• 第5章 试验样机的硬件设计53-68
• 5.1 主电路关键部件的参数设计53-59
• 5.1.1 功率开关器件的选择54-55
• 5.1.2 BOOST 电路中电感的设计55-57
• 5.1.3 DC-link 电容值的设定57
• 5.1.4 交流侧滤波器的的设计57-59
• 5.2 系统控制电路的设计59-65
• 5.2.1 DSP 的选型59-61
• 5.2.2 驱动电路设计61-62
• 5.2.3 信号采样电路的设计62-64
• 5.2.4 系统保护电路64-65
• 5.3 系统的软件设计65-66
• 5.3.1 主程序65
• 5.3.2 PWM 中断子程序和CAP 捕获中断子程序65-66
• 5.4 样机的实验结果66-67
• 5.5 小结67-68
• 第6章 总结68-69
• 6.1 本论文的贡献68
• 6.2 进一步的工作68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 个人简历、攻读硕士学位期间所发表的学术论文与研究成果73

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