基于時域分析法的光伏并網(wǎng)逆變模塊研究

【摘要】：能源的發(fā)展和利用越發(fā)成為人類社會發(fā)展的瓶頸，開發(fā)可持續(xù)發(fā)展的綠色能源勢在必行。光伏發(fā)電因其獨有特點成為最具前景的綠色能源之一，因此光伏發(fā)電成為學(xué)者們研究的一個重要方向，而并網(wǎng)逆變系統(tǒng)是光伏發(fā)電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于電網(wǎng)的感性負載和非線性負載大量使用，電網(wǎng)的無功消耗變大、諧波污染也日趨嚴(yán)重，這對電網(wǎng)線路及用電設(shè)備帶來不同程度的危害。光伏并網(wǎng)逆變器輸出有功功率的同時，可以對負載的無功、諧波電流進行補償，實現(xiàn)這種補償?shù)年P(guān)鍵有：(1)快速的電流有功、無功和諧波分量檢測法；(2)指令電流合成法，實現(xiàn)負載電流無功及諧波補償，提高并網(wǎng)逆變器利用率；(3)逆變器拓撲結(jié)構(gòu)及其控制策略，實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器輸出電流無靜差控制及系統(tǒng)快速的響應(yīng)特性。 本文首先對光伏發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r與應(yīng)用前景、光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)主要技術(shù)進行了綜述，然后介紹單相全橋逆變電路的拓撲結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)下，對并網(wǎng)逆變器輸出方式、調(diào)制方式、等效的數(shù)學(xué)模型以及有功和無功電流的補償進行分析。 在單相全橋逆變電路的拓撲結(jié)構(gòu)下，提出一種基于時域分析法的負載電流分解法，通過求解負載平均電導(dǎo)及平均電納，實現(xiàn)非電網(wǎng)側(cè)負載電流的有功、無功及諧波分量的檢測；在此基礎(chǔ)上提出一種電能質(zhì)量就地補償控制的指令電流合成法，結(jié)合逆變器輸出電流的閉環(huán)PI控制及電網(wǎng)電壓前饋解耦控制，實現(xiàn)并聯(lián)母線上的逆變模塊能夠獨立輸出有功電流并能夠補償其有源負載的諧波和無功電流，提高并網(wǎng)逆變器利用率。 給出了逆變模塊的matlab/simulink仿真設(shè)計和仿真結(jié)果，在此基礎(chǔ)上詳細分析了逆變模塊的硬件電路和軟件設(shè)計，硬件電路包含逆變模塊的主電路、緩沖電路、驅(qū)動電路、信號檢測調(diào)理電路，軟件設(shè)計包括數(shù)字低通濾波器與相移補償網(wǎng)絡(luò)、滑動窗積分、信號90°滯后相移以及STM32F103微控制器的系統(tǒng)軟件控制流程圖。 最后，搭建了以STM32F103為主控芯片的逆變器實驗平臺，實驗結(jié)果表明，基于時域分析法的并網(wǎng)逆變模塊實時對負載諧波電流、無功電流及有功電流補償效果明顯，并且能夠向電網(wǎng)側(cè)輸出有功電流，驗證了方案的可行性和正確性。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng) 逆變模塊 時域分析法 電能質(zhì)量控制
【學(xué)位授予單位】：中國計量學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目次9-11
• 圖清單11-13
• 表清單13-14
• 1 緒論14-30
• 1.1 研究背景與意義14-15
• 1.2 光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀與前景15-18
• 1.3 光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)18-28
• 1.4 本文研究內(nèi)容28-30
• 2 單相全橋并網(wǎng)逆變器工作原理30-36
• 2.1 并網(wǎng)逆變器輸出控制方式30
• 2.2 并網(wǎng)逆變器的 SPWM 調(diào)制30-32
• 2.3 單相全橋并網(wǎng)逆變器輸出模型32-34
• 2.4 單相并網(wǎng)逆變器電流有功和無功補償分析34-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 3 基于時域分析法的模塊式并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)36-45
• 3.1 模塊式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)36-37
• 3.2 基于時域分析的負載電流分解法37-38
• 3.3 并網(wǎng)逆變器輸出電流的指令電流合成法38-40
• 3.4 并網(wǎng)逆變器的輸出電流控制40-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 4 模塊式并網(wǎng)逆變器仿真研究45-51
• 4.1 仿真模型45-48
• 4.2 仿真實驗結(jié)果48-50
• 4.3 本章小結(jié)50-51
• 5 基于 STM32F103 控制器的并網(wǎng)逆變器設(shè)計51-73
• 5.1 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)51
• 5.2 并網(wǎng)逆變器器件選擇及參數(shù)設(shè)計51-56
• 5.3 并網(wǎng)逆變模塊信號檢測調(diào)理電路設(shè)計56-60
• 5.4 并網(wǎng)逆變器驅(qū)動電路設(shè)計60-62
• 5.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計62-67
• 5.6 系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖67-68
• 5.7 實驗驗證68-72
• 5.8 本章小結(jié)72-73
• 6 工作總結(jié)與展望73-75
• 參考文獻75-79
• 附錄 A 光伏并網(wǎng)逆變模塊硬件實物圖79-80
• 作者簡歷80

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