三相单级式光伏并网发电系统综合控制与应用

【摘要】： 光伏发电作为清洁可再生能源的重要利用形式,得到了飞速发展。随着光伏发电成本降低,效率不断提高以及政府各项政策的支持,大中型光伏并网电站将成为未来太阳能利用的主要方向之一。 光伏电站并网发电系统是集并网运行、最大功率点跟踪、孤岛检测等关键技术于一体的复杂控制系统。本文首先分析了太阳能电池的工作特性,建立基于外特性的数学模型,在此基础上着重阐述了光伏电池最大功率点跟踪原理,并对目前常用的干扰观测法和电导增量法进行分析。并网逆变器是功率电路的核心,应用于光伏发电的逆变器拓扑众多,本文详细介绍了三相单级式光伏并网逆变器即四象限电压型PWM整流器的数学模型、工作原理、控制方法和各项参数的设计,为有源逆变控制提供相关的理论指导;孤岛是分布式发电系统特有现象,文章根据孤岛的概念和检测标准,重点分析了主动式和被动式孤岛检测方法;在上述理论基础上,设计并制作一台100KVA基于TMS320LF2407为核心控制器,采用同步PI电流控制技术的三相单级式光伏并网发电系统,并对其进行实验研究。 仿真和实验内容主要包括系统额定功率的并网发电、最大功率点跟踪以及孤岛检测。实验结果验证了本系统电路结构、器件参数选择以及控制器设计的正确性和稳定性;验证了并网逆变器在同步PI电流控制技术下四象限运行的可行性;验证了主动有功干扰法和无功补偿法在孤岛检测上的可靠性和准确性。 【关键词】：光伏 并网 最大功率点 同步PI 孤岛
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 光伏发电概述12-15
• 1.2.1 光伏发电现状和预测12-13
• 1.2.2 中国光伏发电发展状况13-15
• 1.3 光伏发电分类和关键技术15-17
• 1.3.1 光伏发电分类15-16
• 1.3.2 光伏发电关键技术16-17
• 1.4 论文结构和本文研究的内容17-19
• 2 太阳能电池特性分析19-29
• 2.1 太阳能电池概述19
• 2.2 太阳能电池工作原理和特性分析19-23
• 2.2.1 太阳能电池建模19-22
• 2.2.2 光伏电池工作特性分析22-23
• 2.3 光伏电池最大功率点23-24
• 2.4 最大功率点跟踪算法24-29
• 2.4.1 干扰观测法24-27
• 2.4.2 电导增量法27-29
• 3 三相单级式光伏并网逆变器工作原理与控制29-51
• 3.1 光伏发电用逆变器拓扑结构29-32
• 3.1.1 并网逆变器拓扑结构分类29-31
• 3.1.2 本系统逆变器拓扑选择31-32
• 3.2 三相单级式光伏并网逆变器的工作原理32-42
• 3.2.1 三相半桥电压型PWM整流器数学模型32-36
• 3.2.2 同步PI电流控制技术36-40
• 3.2.3 空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)40-42
• 3.3 参数设计42-48
• 3.3.1 并网变压器设计42-44
• 3.3.2 三相交流侧电感设计44-46
• 3.3.3 直流侧支撑电容设计46-48
• 3.4 仿真验证48-51
• 4 光伏并网发电孤岛效应与检测方法51-62
• 4.1 孤岛产生的原因及危害51-52
• 4.2 孤岛检测标准52-54
• 4.3 孤岛检测方法54-62
• 4.3.1 被动式孤岛检测方法54-56
• 4.3.2 主动式孤岛检测方法56-62
• 5 系统实现和实验研究62-80
• 5.1 功率电路设计与控制62-64
• 5.2 DSP为核心的控制系统设计64-72
• 5.2.1 TMS320LF2407为核心控制系统64-65
• 5.2.2 AD采样与系数计算65-68
• 5.2.3 IGBT驱动与保护模块2SD315A68-70
• 5.2.4 软件控制的实现70-72
• 5.3 三相单级式光伏并网发电系统实验研究72-80
• 5.3.1 并网实验结果与分析73-76
• 5.3.2 孤岛检测实验结果与分析76-80
• 6 结论与展望80-82
• 6.1 结论80
• 6.2 进一步完善的工作80-82
• 参考文献82-85
• 附录A85-86
• 附录B86-87
• 作者简历87-89
• 学位论文数据集89

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