單相光伏并網(wǎng)逆變器及其監(jiān)控系統(tǒng)的研究

【摘要】：能源是人類社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力。目前社會(huì)的能源結(jié)構(gòu)以不可再生能源為主,但隨著它的不斷減少和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重,可再生能源越來(lái)越受到人們的重視。太陽(yáng)能是一種資源豐富的可再生能源,并網(wǎng)逆變器是利用太陽(yáng)能資源的電力電子裝置,為了高效的利用太陽(yáng)能,并網(wǎng)逆變器的效率已成為人們不斷追求的目標(biāo),為此非隔離的并網(wǎng)發(fā)電逆變器是目前分布式發(fā)電系統(tǒng)中常用的設(shè)備,同時(shí)這對(duì)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的安全性和可靠性進(jìn)而提出了更高的要求。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,高性能的光伏監(jiān)控系統(tǒng)已越發(fā)顯得重要,它不僅可以解決人員維護(hù)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控,而且可以提高并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。對(duì)于當(dāng)前智能電網(wǎng)應(yīng)用背景下,監(jiān)控系統(tǒng)可以促進(jìn)電網(wǎng)調(diào)度功能的實(shí)現(xiàn)。 本文以單相H6橋光伏并網(wǎng)逆變器為研究對(duì)象,研究了H6橋電路的工作原理和相應(yīng)的關(guān)鍵控制技術(shù)。給出了主電路主要參數(shù)的設(shè)計(jì)方法；給出了H6橋逆變器的雙環(huán)控制方法,即電流環(huán)為內(nèi)環(huán),電壓環(huán)為外環(huán),且電壓外環(huán)確保了直流母線電壓的穩(wěn)定和能量的平衡。推導(dǎo)了控制到輸出的傳遞函數(shù),在此基礎(chǔ)上研究了電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器控制參數(shù)的整定方法。論文中為了確保網(wǎng)側(cè)的電能質(zhì)量,研究了一種鎖相環(huán)(Phase Locked Loop,PLL)實(shí)現(xiàn)的工作原理,同時(shí)針對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電逆變器中常見(jiàn)的孤島效應(yīng)問(wèn)題,還研究了一種基于頻率正反饋擾動(dòng)的孤島保護(hù)方法。 本文在研究H6橋光伏逆變器的基礎(chǔ)上,研究和設(shè)計(jì)了光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有兩層體系結(jié)構(gòu),即現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層,以TMS320F2808作為主控制器,LPC1768作為從控制器,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層的顯示、按鍵模塊和通信模塊；遠(yuǎn)程監(jiān)控層,采用C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)逆變器運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要包括界面顯示、實(shí)時(shí)通信和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)三大功能?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層與遠(yuǎn)程監(jiān)控層之間采用RS485通信方式,以Modbus協(xié)議作為通信協(xié)議,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)的可靠傳輸。在以上研究基礎(chǔ)上,提出了一種基于監(jiān)控實(shí)現(xiàn)的功率管理單元(Power Manage Unit, PMU),用以接收來(lái)自遠(yuǎn)程監(jiān)控層的無(wú)功指令,從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層的無(wú)功調(diào)度。 論文運(yùn)用Psim仿真軟件對(duì)H6橋逆變器的主要參數(shù)和控制方法進(jìn)行仿真研究,并在仿真研究的基礎(chǔ)之上,研制了一臺(tái)4.6KW的單相非隔離并網(wǎng)逆變器實(shí)驗(yàn)樣機(jī),為其開(kāi)發(fā)了監(jiān)控系統(tǒng),提供了功率管理單元。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)及其監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試,驗(yàn)證了本文中功率電路、控制參數(shù)設(shè)計(jì)的有效性和監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性,包括鎖相方法、孤島保護(hù)方法的正確性和基于功率管理單元實(shí)現(xiàn)功率調(diào)度的可行性。 【關(guān)鍵詞】：光伏逆變器 孤島效應(yīng) 監(jiān)控系統(tǒng) 功率調(diào)度
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP277
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 課題的研究背景和意義8-10
• 1.2 集中式與分布式并網(wǎng)發(fā)電10-11
• 1.3 單相并網(wǎng)逆變器的架構(gòu)11-15
• 1.3.1 單相并網(wǎng)逆變器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)11-13
• 1.3.2 非隔離型單相并網(wǎng)逆變器的電路拓?fù)?/span>13-15
• 1.3.3 非隔離型單相H6橋并網(wǎng)逆變器主電路的架構(gòu)15
• 1.4 光伏監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀15-16
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第二章 非隔離單相H6橋光伏并網(wǎng)逆變器18-28
• 2.1 H6橋逆變器的工作原理18-21
• 2.1.1 H6橋逆變器的主電路結(jié)構(gòu)18
• 2.1.2 H6橋逆變器的工作模態(tài)分析18-20
• 2.1.3 H6橋逆變器的控制方法20-21
• 2.2 鎖相環(huán)原理21-22
• 2.3 孤島效應(yīng)及檢測(cè)方法22-27
• 2.3.1 孤島效應(yīng)分析23-25
• 2.3.2 孤島效應(yīng)檢測(cè)方法25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第三章 非隔離單相H6橋光伏逆變器參數(shù)設(shè)計(jì)28-38
• 3.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及主要技術(shù)參數(shù)28
• 3.1.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成28
• 3.1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的性能指標(biāo)28
• 3.2 主要參數(shù)的設(shè)計(jì)28-30
• 3.2.1 H6橋逆變器濾波參數(shù)的設(shè)計(jì)29-30
• 3.2.2 H6橋逆變器開(kāi)關(guān)器件的選取30
• 3.3 光伏逆變器控制參數(shù)設(shè)計(jì)30-37
• 3.3.1 系統(tǒng)的雙閉環(huán)設(shè)計(jì)30-31
• 3.3.2 電流控制環(huán)設(shè)計(jì)31-34
• 3.3.3 電壓控制環(huán)設(shè)計(jì)34-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第四章 H6橋光伏逆變器的仿真與實(shí)驗(yàn)38-42
• 4.1 系統(tǒng)建模與仿真38
• 4.2 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果38-41
• 4.3 本章小結(jié)41-42
• 第五章 光伏監(jiān)控系統(tǒng)42-54
• 5.1 監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能42
• 5.2 光伏監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)42-44
• 5.2.1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層的結(jié)構(gòu)43-44
• 5.2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控層的結(jié)構(gòu)44
• 5.3 基于監(jiān)控系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)和調(diào)試44-46
• 5.4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層的實(shí)現(xiàn)46-48
• 5.4.1 功能劃分46-48
• 5.4.2 顯示設(shè)計(jì)48
• 5.5 監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控層實(shí)現(xiàn)48-53
• 5.5.1 上位機(jī)界面設(shè)計(jì)48-51
• 5.5.2 存儲(chǔ)設(shè)計(jì)51
• 5.5.3 通信設(shè)計(jì)51-53
• 5.6 本章小結(jié)53-54
• 第六章 總結(jié)與展望54-56
• 6.1 總結(jié)54
• 6.2 展望54-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 致謝60-62
• 在學(xué)期間的發(fā)表的論文及研究成果62-64

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