大型太陽(yáng)能光伏電站并網(wǎng)逆變系統(tǒng)研究

【摘要】：當(dāng)今社會(huì)人類正面臨著能源短缺和環(huán)境惡化的巨大危機(jī),為了化解危機(jī)人類不斷探索開發(fā)利用綠色可再生能源的新理論和新方法。太陽(yáng)能光伏發(fā)電既有助于緩解能源短缺也有助于阻止環(huán)境惡化,因此成為了電氣工程界熱門的學(xué)術(shù)研究方向之一。電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步以及光伏電池生產(chǎn)成本的不斷下降,使太陽(yáng)能光伏發(fā)電從補(bǔ)充能源轉(zhuǎn)變?yōu)樘娲茉闯蔀榭赡堋ｋS著功率及功率密度的不斷提高,并網(wǎng)運(yùn)行將成為太陽(yáng)能光伏發(fā)電最主要的運(yùn)行方式。本文的研究對(duì)象為大型太陽(yáng)能光伏電站并網(wǎng)逆變系統(tǒng),該系統(tǒng)具有集中式發(fā)電、大功率并網(wǎng)、有功無(wú)功解耦控制等特征。 首先,本文通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤的基礎(chǔ)理論以及最新理論的研究,提出了一種實(shí)用的最大功率點(diǎn)跟蹤方法,即基于光伏電池平均物理特性曲線的MPPT方法；通過(guò)對(duì)鎖相環(huán)的基礎(chǔ)理論以及最新理論的研究,明確了最為有效的鎖相環(huán)設(shè)計(jì)理論和方法;通過(guò)對(duì)三相電壓型PWM整流器建模及其控制的基礎(chǔ)理論以及最新理論的研究,闡述了PWM整流器的工作原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),推導(dǎo)了主開關(guān)SPWM變換環(huán)節(jié)的小信號(hào)數(shù)學(xué)模型,分析了能夠?qū)崿F(xiàn)PWM整流器有功分量和無(wú)功分量解耦控制的基于dq變換的雙閉環(huán)控制方案；通過(guò)對(duì)PWM整流器參數(shù)設(shè)計(jì)原理和經(jīng)典參數(shù)設(shè)計(jì)公式的研究,建立了一套適用于大功率整流器參數(shù)設(shè)計(jì)的公式,公式推導(dǎo)力求精確,從而有效避免了經(jīng)典參數(shù)設(shè)計(jì)公式源于推導(dǎo)簡(jiǎn)化而造成的應(yīng)用于大功率PWM整流器參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)可能出現(xiàn)的參數(shù)范圍上限值小于下限值的情況。 其次,本文在理論研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套適用于大型太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電的具有最大功率點(diǎn)跟蹤、孤島檢測(cè)、有功無(wú)功解耦控制的大功率三相電壓型SPWM控制逆變系統(tǒng),并且利用電力電子仿真軟件PSIM進(jìn)行了系統(tǒng)仿真,給出了仿真電路和仿真波形,驗(yàn)證了逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性；通過(guò)與傳統(tǒng)MPPT方法應(yīng)用的對(duì)比,仿真驗(yàn)證了基于光伏電池平均物理特性曲線的MPPT方法的實(shí)用性。 再次,本文在理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),包括通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；進(jìn)行了數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì),包括鎖相環(huán)系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì)；進(jìn)行了電路設(shè)計(jì),包括電源電路設(shè)計(jì)、采樣電路設(shè)計(jì)、隔離電路設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、主電路設(shè)計(jì)。 最后,本文在對(duì)三相電壓型SPWM控制逆變系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了三相電壓型SVPWM控制逆變系統(tǒng)的研究和分析。通過(guò)對(duì)SVPWM控制基本原理的研究,提出了一種SVPWM控制的應(yīng)用技術(shù)；推導(dǎo)了主開關(guān)SVPWM變換環(huán)節(jié)的小信號(hào)數(shù)學(xué)模型；進(jìn)行了三相電壓型SVPWM控制逆變系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì),仿真驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性以及所設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)的實(shí)用性。 另外,本文在附錄部分設(shè)計(jì)了一套逆變系統(tǒng)小功率原理驗(yàn)證裝置,通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和實(shí)用性。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)發(fā)電 MPPT 孤島檢測(cè) SPWM控制 SVPWM控制
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM615;TM464
【目錄】：

• 目錄4-7
• CONTENTS7-11
• 摘要11-13
• ABSTRACT13-17
• 第1章 緒論17-27
• 1.1 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電的背景17-19
• 1.1.1 社會(huì)發(fā)展對(duì)能源的需求17
• 1.1.2 化石能源的枯竭17-18
• 1.1.3 地球能量之源——太陽(yáng)能18
• 1.1.4 光伏電池技術(shù)的快速發(fā)展18
• 1.1.5 光伏產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展18-19
• 1.2 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概述19-23
• 1.2.1 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)類型19-20
• 1.2.2 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)20
• 1.2.3 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)典型并網(wǎng)方式20-21
• 1.2.4 太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)21-23
• 1.3 大型太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概述23-25
• 1.3.1 光伏組件陣列介紹23
• 1.3.2 大型太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)23
• 1.3.3 大型太陽(yáng)能光伏電站監(jiān)控及調(diào)度系統(tǒng)23-24
• 1.3.4 大型太陽(yáng)能光伏電站通訊系統(tǒng)及微機(jī)保護(hù)24-25
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容25-27
• 第2章 光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)技術(shù)27-33
• 2.1 光伏電池的數(shù)學(xué)模型及電氣外特性27-28
• 2.2 現(xiàn)有最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)特點(diǎn)分析28-29
• 2.3 基于光伏電池平均物理特性曲線的MPPT方法29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第3章 鎖相環(huán)技術(shù)33-45
• 3.1 鎖相環(huán)基本原理33-36
• 3.1.1 鑒相器數(shù)學(xué)模型介紹33-35
• 3.1.2 環(huán)路濾波器數(shù)學(xué)模型介紹35
• 3.1.3 壓控振蕩器數(shù)學(xué)模型介紹35-36
• 3.2 鎖相環(huán)環(huán)路濾波器結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)36-40
• 3.2.1 RC積分濾波器設(shè)計(jì)36-37
• 3.2.2 比例積分濾波器設(shè)計(jì)37-39
• 3.2.3 PI+慣性環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)39-40
• 3.3 三相電壓鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)40-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 三相電壓型SPWM整流器建模及其控制技術(shù)45-77
• 4.1 整流器主電路等效平均電路模型及雙環(huán)控制回路設(shè)計(jì)45-52
• 4.1.1 三相靜止坐標(biāo)系下整流器主電路等效平均電路模型及雙環(huán)控制回路設(shè)計(jì)45-48
• 4.1.2 dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下整流器主電路等效平均電路模型及雙環(huán)控制回路設(shè)計(jì)48-52
• 4.2 整流器雙環(huán)控制回路數(shù)學(xué)模型52-56
• 4.2.1 主開關(guān)SPWM變換環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)52-56
• 4.2.2 主開關(guān)SPWM變換環(huán)節(jié)直流側(cè)電流與交流側(cè)相電流峰值關(guān)系56
• 4.2.3 整流器雙環(huán)控制回路數(shù)學(xué)模型56
• 4.3 整流器電感、電容設(shè)計(jì)56-76
• 4.3.1 基于L型濾波的整流器交流側(cè)電感設(shè)計(jì)56-66
• 4.3.2 基于LCL型濾波的整流器交流側(cè)電感、電容設(shè)計(jì)66-71
• 4.3.3 整流器直流側(cè)電容設(shè)計(jì)71-76
• 4.4 本章小結(jié)76-77
• 第5章 大型太陽(yáng)能光伏電站并網(wǎng)逆變系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)與仿真77-95
• 5.1 整流器電感、電容設(shè)計(jì)77-80
• 5.1.1 基于L型濾波的整流器交流側(cè)電感設(shè)計(jì)77-78
• 5.1.2 基于LCL型濾波的整流器交流側(cè)電感、電容設(shè)計(jì)78-80
• 5.1.3 整流器直流側(cè)電容設(shè)計(jì)80
• 5.2 整流器控制回路參數(shù)設(shè)計(jì)80-85
• 5.2.1 整流器流控制器設(shè)計(jì)81-83
• 5.2.2 整流器電壓控制器設(shè)計(jì)83-85
• 5.3 MPPT控制方案設(shè)計(jì)85-87
• 5.3.1 基于傳統(tǒng)控制方法(擾動(dòng)觀察法)的控制方案設(shè)計(jì)85-86
• 5.3.2 基于光伏電池平均物理特性曲線方法的控制方案設(shè)計(jì)86-87
• 5.4 逆變系統(tǒng)理論仿真87-94
• 5.4.1 仿真方案設(shè)計(jì)87-88
• 5.4.2 仿真目標(biāo)設(shè)計(jì)88
• 5.4.3 仿真結(jié)果88-94
• 5.4.4 仿真結(jié)論94
• 5.5 本章小結(jié)94-95
• 第6章 逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)95-103
• 6.1 通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)95-97
• 6.1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線——CAN總線介紹95
• 6.1.2 RS-485總線介紹95-96
• 6.1.3 通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)96-97
• 6.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)97-99
• 6.2.1 TMS320F28335芯片介紹97-99
• 6.2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)99
• 6.3 主電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)99-102
• 6.3.1 電力電子全控型器件介紹99-101
• 6.3.2 電力電子器件的驅(qū)動(dòng)101
• 6.3.3 電力電子器件的保護(hù)101-102
• 6.3.4 IPM智能功率模塊102
• 6.3.5 主電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)102
• 6.4 本章小結(jié)102-103
• 第7章 逆變系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì)103-107
• 7.1 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集103
• 7.2 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理103-104
• 7.3 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)數(shù)字處理模塊的數(shù)字化104-106
• 7.3.1 慣性環(huán)節(jié)的數(shù)字化104-105
• 7.3.2 PI調(diào)節(jié)器的數(shù)字化105-106
• 7.3.3 積分器的數(shù)字化106
• 7.4 整流器雙環(huán)控制回路數(shù)學(xué)模型再分析106
• 7.5 本章小結(jié)106-107
• 第8章 逆變系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)107-117
• 8.1 電源電路設(shè)計(jì)107-110
• 8.1.1 小功率電源設(shè)計(jì)107-109
• 8.1.2 隔離電源模塊介紹109
• 8.1.3 大功率電源設(shè)計(jì)109-110
• 8.2 采樣電路設(shè)計(jì)110-113
• 8.2.1 采樣隔離電路設(shè)計(jì)111
• 8.2.2 運(yùn)算放大器介紹111-112
• 8.2.3 有源濾波器設(shè)計(jì)112
• 8.2.4 調(diào)理電路設(shè)計(jì)112-113
• 8.3 TMS320F28335芯片管腳介紹113
• 8.4 驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離電路設(shè)計(jì)113-114
• 8.5 大功率IGBT驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)114-115
• 8.6 大功率IGBT保護(hù)電路設(shè)計(jì)115-116
• 8.6.1 故障信號(hào)檢測(cè)電路介紹115
• 8.6.2 抑制、緩沖電路介紹115-116
• 8.7 主電路設(shè)計(jì)116
• 8.8 本章小結(jié)116-117
• 第9章 三相電壓型SVPWM整流器建模及其控制技術(shù)117-129
• 9.1 SVPWM控制及應(yīng)用技術(shù)117-121
• 9.1.1 SVPWM控制技術(shù)簡(jiǎn)介117-120
• 9.1.2 SVPWM應(yīng)用技術(shù)研究120-121
• 9.2 整流器主開關(guān)SVPWM變換環(huán)節(jié)數(shù)學(xué)模型121-125
• 9.2.1 一種特殊載波的SPWM控制分析121-124
• 9.2.2 SVPWM整流器主開關(guān)PWM變換環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)124-125
• 9.3 三相電壓型SVPWM整流器雙環(huán)控制回路數(shù)學(xué)模型125-126
• 9.4 三相電壓型SVPWM逆變系統(tǒng)理論仿真126-128
• 9.4.1 仿真方案設(shè)計(jì)127
• 9.4.2 仿真結(jié)果127-128
• 9.5 本章小結(jié)128-129
• 第10章 總結(jié)與展望129-131
• 10.1 主要內(nèi)容總結(jié)129-130
• 10.2 進(jìn)一步工作130-131
• 附錄 逆變系統(tǒng)小功率原理驗(yàn)證裝置設(shè)計(jì)131-139
• 參考文獻(xiàn)139-149
• 致謝149-150
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表150

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基于遺傳算法的太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)研究    唐敏;任奇;夏東偉;

與風(fēng)電并網(wǎng)相關(guān)的研究課題    雷亞洲

一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的新型高頻逆變器    張超,何湘寧

含有分布式發(fā)電裝置的電力系統(tǒng)研究綜述    王建;李興源;邱曉燕;

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計(jì)與控制方法    董密;羅安;

風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)速度傳感器網(wǎng)側(cè)功率直接控制    徐科;胡敏強(qiáng);鄭建勇;吳在軍;

并網(wǎng)發(fā)電逆變系統(tǒng)孤島檢測(cè)新方法的研究    禹華軍,潘俊民

基于模糊參數(shù)自校正PID方法的光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制    王巖;李鵬;唐勁飛;

太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究    趙為

基于DSP的電力系統(tǒng)電壓測(cè)量裝置設(shè)計(jì)    陳理;吳為麟;

太陽(yáng)能光伏發(fā)電在上海電網(wǎng)中的運(yùn)用與展望    龔華;

微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行和孤網(wǎng)運(yùn)行仿真    宋明玉;曾成碧;

基于MC68HC908MR16數(shù)字化控制的不間斷電源系統(tǒng)    任祖德;蘇建徽;

基于DSP的三相SPWM逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    陳曦;馬江華;楊振興;柳國(guó)輝;

燃煤磁流體發(fā)電的逆變系統(tǒng)    趙以鈺;呂友昌;周丕鈞;潘衛(wèi)民;

微機(jī)電源智能化逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用    王杰

采用Boost的兩級(jí)式光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變系統(tǒng)    程軍照;吳夕科;李澍森;左文霞;

基于電壓閉環(huán)及dp/du補(bǔ)償?shù)膯渭?jí)光伏MPPT技術(shù)    顧雪霏;孫培德;

一種中頻大功率三相逆變電源的設(shè)計(jì)    梁靜坤;吳梅娟;張春平;

基于PSIM9.0的單相光伏逆變系統(tǒng)的仿真研究    孫冰;白樹忠;鄭世松;

高壓大功率三電平逆變系統(tǒng)故障特性分析與保護(hù)原理研究    劉健;尹項(xiàng)根;張哲;唐萍;熊卿;王存平;

逆變器在PV發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用    張淼;馮垛生;

混合五開關(guān)五電平獨(dú)立光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)研究    李天博;蘇丹;陳坤華;

光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)MPPT算法仿真與研究    劉鑫;石景波;

潔凈能源發(fā)電裝置的研究與設(shè)計(jì)    高金波;劉暢;

基于過(guò)／欠電壓和高／低頻率保護(hù)的孤島狀態(tài)檢測(cè)    奚淡基;徐德鴻;沈國(guó)橋;曹陸萍;

基于Z源的光伏并網(wǎng)控制策略研究    蔣立;鄭建勇;

PWM在高壓除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用    劉海濤;段巍;李崇堅(jiān);朱春毅;

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制    孫亞寧;

烏蘭50萬(wàn)千瓦光伏并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目簽訂    記者 張利鋒

龍頭領(lǐng)舞“風(fēng)”行高新區(qū)    謝輝　梁田

保定新能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)駛?cè)肟燔嚨?nbsp;   常文峰

簽約12個(gè)項(xiàng)目總投資30多億元    記者 張曉博

UPS異?，F(xiàn)象的故障解決    廣東 陽(yáng)勤

促進(jìn)企業(yè)發(fā)展的“火車頭”    

踏準(zhǔn)路線圖 企業(yè)敢出大手筆    記者 沈軼倫　通訊員 張晉洲

松江調(diào)結(jié)構(gòu)專項(xiàng)資金擴(kuò)容5倍    通訊員 張晉洲　記者 沈軼倫

太陽(yáng)能系統(tǒng)綠化通信基站    中國(guó)移動(dòng)設(shè)計(jì)院 彭廣香

奧地利開發(fā)出電動(dòng)汽車專用光伏電池系統(tǒng)    劉鋼　黃國(guó)棟

數(shù)字化PWM逆變系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用    楊金輝

大功率光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)研究    馬亮

光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)綜合控制策略研究及實(shí)現(xiàn)    吳理博

基于Z源網(wǎng)絡(luò)的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的研究    劉鴻鵬

準(zhǔn)單級(jí)高頻鏈逆變電源控制及并網(wǎng)技術(shù)研究    趙清林

燃料電池并網(wǎng)逆變技術(shù)研究    沈國(guó)橋

航空應(yīng)用三相高功率因數(shù)整流器研究    毛鵬

三相電壓型PWM整流器控制策略及應(yīng)用研究    鄭忠玖

光伏逆變器地電流分析與抑制    蘇娜

大容量400Hz中頻逆變器拓?fù)浜蛿?shù)字控制技術(shù)研究    劉春喜

大型太陽(yáng)能光伏電站并網(wǎng)逆變系統(tǒng)研究    張斌

基于DSP控制的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)    孫冰

太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)    王鑫磊

單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的分析與研究    徐鵬來(lái)

風(fēng)力發(fā)電單相逆變系統(tǒng)研究    王喜超

單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)控制策略的研究    井少朋

10kW單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)及控制技術(shù)研究    唐明

配電網(wǎng)中光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的控制策略研究及實(shí)現(xiàn)    周峰

單相并網(wǎng)型光伏逆變系統(tǒng)研究    張久亮

光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的分析與改進(jìn)    劉興旺