單相并網(wǎng)光伏逆變器的研究

【摘要】：社會的發(fā)展離不開能源的支持,在此背景下,光伏發(fā)電逐漸影響能源需求的分配。作為光伏發(fā)電系統(tǒng)重要的組成部分——光伏并網(wǎng)逆變器,其性能的優(yōu)劣將直接影響光伏發(fā)電的效率及電能質(zhì)量。本文以光伏并網(wǎng)逆變器為研究對象,研究目標(biāo)是減少能量損失、提高光伏發(fā)電效率及質(zhì)量。本文設(shè)計了功率為5.5k W的單相并網(wǎng)光伏逆變器,采用兩級非隔離式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),前級采用Boost電路實現(xiàn)光伏電池輸出電壓的升降及最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT),第二級采用全橋逆變電路完成能量轉(zhuǎn)變及并網(wǎng)。本文采用電壓電流瞬時值反饋的雙環(huán)控制策略,采用逆變輸出電能質(zhì)量更高的單極性SPWM調(diào)制方式,建立雙環(huán)控制模型,設(shè)計出各環(huán)路的補償器,針對光伏電池輸出功率突變加入功率前饋,提高系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng);并對直流母線電壓上的二次紋波加入補償用以抵消波動對電流的影響,提高逆變器輸出電流質(zhì)量。本文對光伏電池MPPT控制策略也進(jìn)行了深入研究,在分析對比幾種傳統(tǒng)的MPPT算法后,針對其跟蹤過程出現(xiàn)的能量損失,提出了變系數(shù)的設(shè)定參考初值MPPT算法,通過MATLAB驗證其有效性,此方法提高了能源利用率。本文對并網(wǎng)逆變器常用孤島檢測方法進(jìn)行了仿真,通過對主動頻移法、主動移相法及低頻相位擾動法仿真結(jié)果分析后,采用檢測盲區(qū)小、檢測速度快、電流總諧波畸變率(Total Harmonic Distortion,THD)小的孤島檢測方法。通過本文的理論研究,對5.5k W單相并網(wǎng)光伏逆變器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計,搭建硬件實驗平臺,實驗中采用本論文中設(shè)計方法,驗證本文所提MPPT算法的高效性及孤島檢測方法的可靠性。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)逆變器 MPPT 雙環(huán)控制 孤島檢測
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM615;TM464
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 課題研究的背景和意義8-9
• 1.2 課題相關(guān)內(nèi)容的研究狀況9-14
• 1.2.1 單相光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 最大功率點跟蹤方法的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 單相并網(wǎng)逆變系統(tǒng)控制策略的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.4 孤島檢測方法的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文主要研究的內(nèi)容14-15
• 第2章 并網(wǎng)逆變器MPPT控制策略研究15-27
• 2.1 引言15
• 2.2 光伏電池MPPT數(shù)學(xué)模型的分析15-20
• 2.2.1 光伏電池輸出特性15-16
• 2.2.2 MPPT原理分析16-17
• 2.2.3 前級Boost數(shù)學(xué)模型的研究17-20
• 2.3 傳統(tǒng)MPPT算法的分析及仿真20-24
• 2.3.1 擾動觀察法定步長及變步長MPPT仿真20-22
• 2.3.2 電導(dǎo)增量法定步長及變步長MPPT仿真22-24
• 2.4 MPPT算法的研究改進(jìn)24-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 并網(wǎng)逆變器模型及控制策略的研究27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 光伏并網(wǎng)逆變器整體控制策略27
• 3.3 并網(wǎng)逆變器電流內(nèi)環(huán)的研究與設(shè)計27-31
• 3.3.1 電流內(nèi)環(huán)數(shù)學(xué)模型27-28
• 3.3.2 電流環(huán)參數(shù)設(shè)計及補償前后特性分析28-31
• 3.4 并網(wǎng)光伏逆變器電壓外環(huán)的研究與設(shè)計31-36
• 3.4.1 電壓外環(huán)數(shù)學(xué)模型31-33
• 3.4.2 電壓環(huán)參數(shù)設(shè)計及補償前后特性分析33-34
• 3.4.3 并網(wǎng)光伏逆變器系統(tǒng)整體仿真及結(jié)果分析34-36
• 3.5 光伏并網(wǎng)逆變器控制策略的改進(jìn)36-40
• 3.5.1 關(guān)于光伏逆變器系統(tǒng)動態(tài)性能的改進(jìn)36-39
• 3.5.2 關(guān)于直流母線電壓二次諧波的補償39-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第4章 并網(wǎng)逆變器孤島效應(yīng)及檢測方法的研究41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 孤島檢測原理及檢測標(biāo)準(zhǔn)41-43
• 4.2.1 孤島檢測原理分析41-43
• 4.2.2 孤島檢測標(biāo)準(zhǔn)43
• 4.3 孤島檢測方法的研究43-51
• 4.3.1 正反饋主動頻移法及仿真43-47
• 4.3.2 主動移相法及仿真47-49
• 4.3.3 低頻相位擾動法及仿真49-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第5章 光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)設(shè)計及實驗52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 光伏逆變系統(tǒng)設(shè)計52-53
• 5.2.1 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇52
• 5.2.2 調(diào)制方式的選擇52-53
• 5.3 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)參數(shù)計算53-56
• 5.3.1 Boost電感及母線電容的分析與設(shè)計53-54
• 5.3.2 濾波器分析與設(shè)計54-56
• 5.4 實驗分析56-59
• 5.4.1 并網(wǎng)逆變器滿載實驗56-57
• 5.4.2 功率突變實驗57
• 5.4.3 并網(wǎng)逆變器孤島檢測實驗57-59
• 5.4.4 并網(wǎng)逆變器效率測試實驗59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 致謝66

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