三相光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究

【摘要】：隨著世界能源緊張和環(huán)境污染的加劇，可再生資源的利用備受矚目。目前，太陽能利用主要有兩種形式：熱利用和光伏發(fā)電利用。其中，隸屬于發(fā)電利用的光伏并網(wǎng)是太陽能利用的發(fā)展趨勢，它將主要用于調峰電站和屋頂光伏系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的一種重要形式，是采用太陽電池將光能轉換為電能的發(fā)電方式。太陽能光伏發(fā)電不受能源資源、原材料和應用環(huán)境的限制，并且隨著技術的不斷進步，具有廣闊的發(fā)展前景，是各國著力發(fā)展的可再生能源技術之一。光伏并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)能量轉換與控制的核心，其性能不僅影響和決定了整個光伏并網(wǎng)系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定、安全、可靠、高效地運行，同時也影響整個系統(tǒng)使用壽命。在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，對電網(wǎng)的跟蹤控制直接關系到輸出的電能質量和系統(tǒng)的運行效率，是系統(tǒng)的核心和技術關鍵。隨著技術的不斷進步,逆變器越來越傾向于小體積、高效率、低損耗、綜合化、智能化。 光伏并網(wǎng)逆變器組成結構多種多樣，本文根據(jù)有無變壓器對光伏并網(wǎng)逆變器進行分類，對其典型的拓撲結構進行分析，根據(jù)拓撲結構的特點，本文選取三相工頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器作為研究對象，分析了兩種常用控制方式：基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制和基于電網(wǎng)電壓定向的直接功率控制。 基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制實質上是一種電流矢量控制方式，電流控制器是該控制方式的關鍵技術之一。本文分析了兩種電流控制器：PI控制器和準諧振控制器?；陔娋W(wǎng)電壓定向的直接功率控制實質上是分別對瞬時有功功率p和無功功率q進行控制，從而取得快速的功率響應。本文分別對兩種控制方式進行了Matlab仿真，并對仿真結果進行了理論分析，分析結果表明準諧振控制器能夠準確跟蹤正弦波電流給定量，并且能夠有效抑制并網(wǎng)電流中的諧波電流分量，改善并網(wǎng)電能質量。 鎖相環(huán)的性能直接影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，本文分析了一種基于(d,q)坐標系統(tǒng)下三相軟件鎖相環(huán)，對其進行Matlab仿真，分析結果表明基于(d,q)坐標系統(tǒng)下三相軟件鎖相環(huán)能夠準確跟蹤電網(wǎng)電壓相位，并取得快速的相位角響應。 基于以上控制方式本文設計了一套軟件控制系統(tǒng)，并且進行控制電路設計以及主電路參數(shù)設計，搭載了一套三相工頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器實驗裝置，通過對實驗結果分析，驗證了仿真結果的正確性。 【關鍵詞】：并網(wǎng)逆變器 電流矢量控制 直接功率控制 軟件鎖相環(huán)
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題研究背景10-12
• 1.2 光伏并網(wǎng)逆變器組成結構及其分類12-14
• 1.2.1 光伏并網(wǎng)逆變器組成結構12
• 1.2.2 光伏并網(wǎng)逆變器的分類12-14
• 1.3 光伏并網(wǎng)控制技術研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 光伏并網(wǎng)控制技術分類14-17
• 1.3.2 各國光伏并網(wǎng)控制技術發(fā)展17
• 1.4 論文研究主要內容17-19
• 第2章 三相光伏并網(wǎng)逆變器理論基礎19-28
• 2.1 光伏并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)控制技術19
• 2.2 (a,b,c)坐標系統(tǒng)到(d,q)和(α,β)坐標系統(tǒng)變換19-22
• 2.2.1 (a,b,c)坐標系統(tǒng)到(d,q)坐標系統(tǒng)變換19-21
• 2.2.2 (a,b,c)坐標系統(tǒng)到(α,β)坐標系統(tǒng)變換21-22
• 2.3 三相光伏并網(wǎng)逆變器主電路拓撲結構以及矢量數(shù)學描述22-24
• 2.3.1 三相光伏并網(wǎng)逆變器主電路拓撲結構22
• 2.3.2 三相光伏并網(wǎng)逆變器矢量數(shù)學描述22-24
• 2.4 空間矢量脈寬調制的基本原理以及實現(xiàn)24-26
• 2.4.1 空間矢量脈寬調制的基本原理24-25
• 2.4.2 基于 Simulink 的空間矢量脈寬調制仿真25-26
• 2.5 本章小結26-28
• 第3章 三相光伏并網(wǎng)逆變器控制策略28-53
• 3.1 基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制理論28-40
• 3.1.1 電網(wǎng)電壓定向的矢量控制基本原理29-30
• 3.1.2 基于 PI 控制器電流控制理論30-33
• 3.1.3 基于準諧振控制器電流控制理論33-36
• 3.1.4 基于 Simulink 的 PI 控制器控制系統(tǒng)仿真36-38
• 3.1.5 基于 Simulink 的準諧振控制器控制系統(tǒng)仿真38-40
• 3.2 基于電網(wǎng)電壓定向的直接功率控制理論40-47
• 3.2.1 瞬時功率的計算41-42
• 3.2.2 三相靜止(a,b,c)坐標系統(tǒng)下瞬時功率的計算42-44
• 3.2.3 電網(wǎng)電壓定向的直接功率控制基本原理44-46
• 3.2.4 基于 Simulink 的直接功率控制系統(tǒng)仿真46-47
• 3.3 基于(d,q)坐標系統(tǒng)下三相軟件鎖相環(huán)設計47-52
• 3.3.1 軟件鎖相環(huán)基本原理48-49
• 3.3.2 (d,q)坐標系統(tǒng)下三相軟件鎖相環(huán)基本原理49-50
• 3.3.3 基于 Simulink 的三相軟件鎖相環(huán)仿真50-52
• 3.4 本章小結52-53
• 第4章 三相光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)設計53-64
• 4.1 三相光伏并網(wǎng)逆變器總體電路設計53-60
• 4.1.1 驅動隔離電路設計54-55
• 4.1.2 AD 采樣電路設計55-57
• 4.1.3 短路保護電路設計57
• 4.1.4 直流母線電容設計57-58
• 4.1.5 交流濾波器設計58-60
• 4.2 三相光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)軟件設計60-63
• 4.2.1 軟件總體控制流程60-62
• 4.2.2 控制器算法流程62-63
• 4.3 本章小結63-64
• 第5章 實驗結果分析64-70
• 5.1 實驗結果分析64-69
• 5.2 本章小結69-70
• 結論70-71
• 參考文獻71-74
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果74-75
• 致謝75

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