闲置电容型光伏并网逆变器的研究

【摘要】： 随着传统的燃料能源正在一天天减少,对环境造成的危害日益突出,全世界都把目光投向了可再生能源。丰富的太阳辐射能是取之不尽、用之不竭的、分布广、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。近些年来,太阳能电池和电力电子技术不断进步,使得太阳能光伏发电得到了飞速发展并逐渐成为太阳能利用的主要形式,其中的光伏并网发电更是当今世界光伏发电技术的主流。作为光伏发电核心部件的逆变器,承担着将光伏电池产生的直流电转换为能并入电网的交流电的任务,其成本、效率和使用寿命最优化的实现将提高整个光伏发电系统的性能和投资预期。基于此,本文从拓扑结构、控制方法和孤岛效应检测等几个方面对光伏并网逆变器进行了深入的研究。 本文详细分析了现有的光伏逆变器拓扑后,结合电容闲置型Cuk电路和半桥逆变电路,提出一种新型的单相光伏并网逆变器结构。所提逆变器电路结构简单紧凑。采用的四个开关中,两个开关工作于工频,用于实现并网电流的正负半波,另两个开关工作于高频,用于控制并网电流波形和实现最大功率点跟踪,电容闲置方式,实现了高频开关的软开关,降低了损耗;实现了功率解耦,取消了大容量电解电容的使用,提高了寿命。 合理的控制方法可以保证逆变器的输出质量,提高逆变器的效率。针对所提逆变器,本文采用了双环控制策略来保证逆变器输出与电网电压同频同相的并网电流。其中闲置电容电压的前馈和输出电流反馈的联合控制,可以有效的调节电容传递的功率,从而控制并网的幅值。提高逆变器效率方面,需要对逆变器进行最大功率点跟踪控制。在分析了常用的最大功率点跟踪方法后,本文采用了变增量电导法,通过光伏电池的输出电导来判断是否处在最大功率点,通过改变主开关导通时间来实现最大功率点跟踪。变化的增量使跟踪速度明显加快。 光伏并网逆变器在实现高质高效的电能转换的同时,还需要完善的保护措施,孤岛状态就是一种需要重点研究的很特殊的故障状态。本文分析和比较了有源频率偏移法、滑模频率偏移法和输出功率扰动法。采用了一种有源频率偏移法和输出功率扰动法相结合的孤岛检测方法。加快了检测时间、缩小了检测盲区,也会降低对电网的影响,减少自身的功率损失。 最后本文搭建了一台基于DSP数字化控制的120W实验样机,进行了其电路参数设计、器件选择及程序设计。实验结果验证了所提逆变器的正确性、可行性和有效性,为进一步研究奠定了重要的基础。 【关键词】：光伏并网发电 逆变器 电容闲置技术 最大功率点跟踪 孤岛检测
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 本文的课题背景8-9
• 1.2 国内外光伏并网发电的发展现状9-12
• 1.2.1 国外光伏发电产业的发展与国家战略9-11
• 1.2.2 国内光伏并网发电发展现状11-12
• 1.3 光伏逆变器的研究现状12-16
• 1.3.1 光伏逆变器的发展12-14
• 1.3.2 光伏逆变器的拓扑结构14-16
• 1.4 本论文的主要工作16-17
• 第2章 新的光伏并网逆变器拓扑结构17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 新型光伏逆变器的拓扑结构17-23
• 2.2.1 半桥逆变电路的工作原理17-18
• 2.2.2 电容闲置Cuk 电路的工作原理18-22
• 2.2.3 新的电容闲置型光伏逆变器22-23
• 2.3 新型光伏逆变器的分析及仿真23-27
• 2.3.1 新型光伏逆变器的工作状态分析23-25
• 2.3.2 新型光伏逆变器的仿真25-27
• 2.4 电容闲置Cuk 电路的软开关特性27-28
• 2.5 逆变器中大电解电容的取代28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 光伏并网控制方法及策略31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 逆变器控制系统的分析31-33
• 3.3 光伏逆变器的并网电流控制33-37
• 3.3.1 三角波比较法33-34
• 3.3.2 解耦电容电压控制的分析34
• 3.3.3 并网电流控制的仿真结果34-37
• 3.4 最大功率点跟踪的控制策略37-46
• 3.4.1 光伏电池特性分析37-39
• 3.4.2 最大功率点跟踪算法39-43
• 3.4.3 最大功率点跟踪策略的仿真43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 光伏并网系统的保护和孤岛问题47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 孤岛产生的系统环境及危害47-49
• 4.3 孤岛产生时的功率分析49-51
• 4.4 孤岛检测方法的分析51-54
• 4.5 新的孤岛检测方法54-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第5章 光伏并网逆变器的实验研究57-65
• 5.1 引言57
• 5.2 光伏并网系统主电路的设计57-60
• 5.2.1 电池板的选择57-58
• 5.2.2 主电路参数设计58-59
• 5.2.3 电力电子器件的选择59-60
• 5.3 光伏并网发电系统的控制系统设计60-62
• 5.3.1 控制系统的硬件选择60-61
• 5.3.2 控制系统的程序设计61-62
• 5.4 光伏并网发电系统的实验结果62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-73
• 致谢73

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