LCL型光伏并網(wǎng)逆變器的研究與設(shè)計

【摘要】：光伏并網(wǎng)逆變器的輸出濾波器一方面呈現(xiàn)較強的感性,保證了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的正常工作;另一方面能夠濾除一些影響重要用電設(shè)備的性能和增加系統(tǒng)功耗的諧波。與L和LC濾波器相比,LCL濾波器不僅具有較好的高頻濾波特性,也具有體積小、成本低,系統(tǒng)動態(tài)性能好及功耗低的優(yōu)點。然而零阻尼產(chǎn)生的諧振可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。針對此問題,本文提出了無源和有源阻尼協(xié)同控制同加權(quán)電流相結(jié)合的控制方法。本文在調(diào)研大量文獻的基礎(chǔ)上,所做的工作如下:(1)在濾波總電感和濾波電容滿足系統(tǒng)性能的條件下,分析了電感分布系數(shù)和阻尼電阻對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、濾波效果、開關(guān)次諧波衰減比、阻尼值及阻尼損耗等系統(tǒng)性能的影響,綜合考慮電感分布系數(shù)、阻尼電阻和系統(tǒng)性能的內(nèi)在聯(lián)系,優(yōu)化出滿足系統(tǒng)性能要求的濾波參數(shù),并給出了不同容量的逆變系統(tǒng)的LCL濾波參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的一般方法。(2)在Matlab/Simulink仿真平臺搭建了采用無源和有源阻尼協(xié)同控制同加權(quán)電流相結(jié)合的控制方法的仿真模型。通過比較不同濾波參數(shù)和不同控制方法下的逆變器側(cè)電感電流和并網(wǎng)電流的總的諧波畸變率以及電網(wǎng)電壓和并網(wǎng)電流的相位關(guān)系,說明無源和有源阻尼協(xié)同控制同加權(quán)電流相結(jié)合的控制方法能較好的滿足光伏并網(wǎng)發(fā)電標準。(3)設(shè)計一臺采用本文所提控制方法的樣機,其包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。硬件設(shè)計包括主電路設(shè)計、輔助供電電源的設(shè)計、驅(qū)動電路設(shè)計、控制器設(shè)計、直流母線電壓的檢測和保護電路設(shè)計、逆變器側(cè)電感電流或濾波電容電流或并網(wǎng)電流的檢測和保護電路設(shè)計、過零點檢測電路的設(shè)計等;軟件設(shè)計包括GPIO模塊、TIMER模塊、ADC模塊、SPWM模塊、電網(wǎng)的同步鎖相模塊、PI調(diào)節(jié)器模塊、Main函數(shù)等功能模塊。(4)調(diào)試樣機并得到實驗波形,實驗結(jié)果說明本文所提出的控制方法是正確、有效的。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)逆變器 LCL濾波器 阻尼電阻 無源和有源阻尼 加權(quán)電流
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 課題研究的背景和意義8-9
• 1.1.1 研究背景8
• 1.1.2 研究意義8-9
• 1.2 LCL濾波單相光伏并網(wǎng)逆變器的關(guān)鍵技術(shù)研究動態(tài)9-12
• 1.2.1 單相光伏并網(wǎng)逆變器拓撲結(jié)構(gòu)的研究9-10
• 1.2.2 電流和阻尼相結(jié)合控制方法的研究10-11
• 1.2.3 單相并網(wǎng)逆變器調(diào)節(jié)器設(shè)計技術(shù)的研究11
• 1.2.4 單相并網(wǎng)逆變器電網(wǎng)同步技術(shù)的研究11-12
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容12-14
• 第二章 單相光伏并網(wǎng)逆變器輸出LCL濾波器的設(shè)計與優(yōu)化14-28
• 2.1 雙極性SPWM調(diào)制技術(shù)14-15
• 2.2 LCL濾波器數(shù)學(xué)模型及其諧振特性分析15-18
• 2.3 LCL濾波器參數(shù)的設(shè)計18-20
• 2.3.1 總的濾波電感的設(shè)計18-19
• 2.3.2 濾波電容的設(shè)計19-20
• 2.4 LCL濾波參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響20-24
• 2.4.1 K和Rd對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響分析20-21
• 2.4.2 K和Rd對系統(tǒng)濾波效果的影響分析21-22
• 2.4.3 濾波參數(shù)對衰減比的影響分析22-23
• 2.4.4 濾波參數(shù)對系統(tǒng)阻尼值的影響分析23
• 2.4.5 濾波參數(shù)對系統(tǒng)阻尼損耗的影響分析23-24
• 2.5 LCL濾波參數(shù)的優(yōu)化24-26
• 2.5.1 濾波參數(shù)優(yōu)化的一般約束條件24-25
• 2.5.2 濾波參數(shù)優(yōu)化過程25-26
• 2.6 LCL濾波參數(shù)優(yōu)化的一般方法26-27
• 2.7 本章小結(jié)27-28
• 第三章 LCL濾波光伏并網(wǎng)逆變器阻尼方案的仿真研究28-40
• 3.1 無源與有源阻尼協(xié)同控制同加權(quán)電流相結(jié)合控制方法的提出28-31
• 3.1.1 無源與有源阻尼協(xié)同控制方法28-30
• 3.1.2 加權(quán)電流控制方法30
• 3.1.3 無源和有源阻尼協(xié)同控制同加權(quán)電流相結(jié)合控制方法30-31
• 3.2 控制方法的特性分析31-32
• 3.2.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析32
• 3.2.2 濾波特性分析32
• 3.3 控制系統(tǒng)的仿真32-39
• 3.3.1 直流母線電壓控制單元33-34
• 3.3.2 電流和阻尼控制單元34-35
• 3.3.3 同步控制單元35
• 3.3.4 驅(qū)動信號單元35
• 3.3.5 仿真結(jié)果分析35-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 LCL濾波光伏并網(wǎng)逆變器硬件電路設(shè)計40-49
• 4.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計方案40
• 4.2 系統(tǒng)單元電路設(shè)計40-48
• 4.2.1 主電路設(shè)計40-41
• 4.2.2 輔助供電電路設(shè)計41-42
• 4.2.3 驅(qū)動電路設(shè)計42-44
• 4.2.4 控制器電路設(shè)計44
• 4.2.5 直流母線電壓的檢測和過欠壓保護電路設(shè)計44-46
• 4.2.6 電流檢測和保護電路設(shè)計46-47
• 4.2.7 過零點檢測電路設(shè)計47-48
• 4.3 本章小結(jié)48-49
• 第五章 LCL濾波單相光伏并網(wǎng)逆變器軟件設(shè)計49-55
• 5.1 軟件總體設(shè)計49
• 5.2 模塊化程序設(shè)計49-54
• 5.2.1 GPIO模塊50
• 5.2.2 TIMER模塊50
• 5.2.3 ADC模塊50-51
• 5.2.4 SPWM模塊51-52
• 5.2.5 電網(wǎng)的同步鎖相模塊52-53
• 5.2.6 PI調(diào)節(jié)器模塊53
• 5.2.7 Main函數(shù)53-54
• 5.3 本章小結(jié)54-55
• 第六章 實驗結(jié)果分析55-58
• 6.1 實驗環(huán)境介紹55-56
• 6.2 實驗結(jié)果分析56-57
• 6.3 本章小結(jié)57-58
• 總結(jié)與展望58-60
• 主要結(jié)論58
• 展望58-60
• 致謝60-61
• 參考文獻61-64
• 附錄A:作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果64-65
• 附錄B:SPWM脈寬計算器生成的十六進制SPWM脈寬數(shù)組表65-66
• 附錄C:LCL濾波單相并網(wǎng)逆變器的原理圖66-68
• 附錄D:LCL濾波單相并網(wǎng)逆變器的PCB圖68

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