三相鎖相環(huán)設(shè)計(jì)及光伏并網(wǎng)逆變器控制研究

【摘要】：隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,能源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益突出,許多國家都已經(jīng)將風(fēng)能、太陽能等可再生能源作為應(yīng)對新世紀(jì)能源和氣候變化雙重挑戰(zhàn)的主要手段。網(wǎng)壓的幅值和相位信息是光伏逆變器并網(wǎng)、潮流控制的參考基準(zhǔn),而高性能鎖相環(huán)系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地跟蹤電網(wǎng)瞬態(tài)變化,提取網(wǎng)壓正序分量,為并網(wǎng)逆變器提供參考信號。因此,鎖相環(huán)系統(tǒng)的研究具有十分重要的實(shí)際意義。 針對并網(wǎng)控制以及電網(wǎng)電壓不平衡情況下的同步鎖相等問題,本文對光伏并網(wǎng)控制技術(shù)進(jìn)行了深入的分析和討論。 論文研究了光伏并網(wǎng)逆變器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型,完成了并網(wǎng)逆變器的控制器分析、設(shè)計(jì)了并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)并推導(dǎo)出了控制系統(tǒng)參數(shù)的整定算法。采用比例諧振控制器,實(shí)現(xiàn)了兩相靜止坐標(biāo)系下的三相光伏并網(wǎng)逆變器控制。 針對網(wǎng)壓不平衡下的光伏逆變器潮流控制,設(shè)計(jì)了一種鎖相環(huán)跟蹤系統(tǒng)。其主要思想是對旋轉(zhuǎn)方向相反的兩組派克變換結(jié)果進(jìn)行交叉解耦,以實(shí)現(xiàn)三相電網(wǎng)不平衡條件下電網(wǎng)電壓基波正序相位的跟蹤。 將設(shè)計(jì)的三相鎖相環(huán)運(yùn)用到光伏并網(wǎng)逆變器中。在MATLAB中建立了仿真模型,驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)系統(tǒng)性能。通過樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證,試驗(yàn)結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的三相鎖相環(huán)達(dá)到了光伏逆變系統(tǒng)的同步性能要求,實(shí)現(xiàn)了逆變器的單位功率因數(shù)運(yùn)行。 最后,采用Verilog語言完成了三相鎖相環(huán)系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn),對三相鎖相環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了鑒相器、環(huán)路濾波器和數(shù)控振蕩器等功能模塊。并利用Modelsim工具對所設(shè)計(jì)的三相鎖相環(huán)進(jìn)行了數(shù)字仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可行性。 【關(guān)鍵詞】：正序分量檢測 坐標(biāo)變換 光伏并網(wǎng)逆變器 三相鎖相環(huán) FPGA
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 光伏發(fā)電的背景12
• 1.2 光伏并網(wǎng)控制在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 課題的研究背景13-16
• 1.3.1 光伏并網(wǎng)逆變器的技術(shù)現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 應(yīng)用到光伏并網(wǎng)逆變器中的同步鎖相技術(shù)現(xiàn)狀15-16
• 1.4 課題的研究意義16-17
• 1.5 本課題的研究目的與主要內(nèi)容17-19
• 1.5.1 本課題的研究目的17
• 1.5.2 論文的主要內(nèi)容及安排17-19
• 第二章 三相光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)19-30
• 2.1 太陽能電池工作原理19-21
• 2.2 光伏組件的最大功率點(diǎn)控制21-23
• 2.2.1 最大功率點(diǎn)跟蹤的基本原理21
• 2.2.2 常用的MPPT實(shí)現(xiàn)算法21-23
• 2.3 三相光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究23-27
• 2.3.1 三相光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型23-26
• 2.3.2 比例諧振控制器26-27
• 2.3.3 基于兩相靜止坐標(biāo)的控制策略27
• 2.4 逆變器控制器參數(shù)設(shè)計(jì)27-29
• 2.4.1 電流環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)27-28
• 2.4.2 功率環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第三章 光伏逆變器數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì)30-50
• 3.1 鎖相環(huán)原理與結(jié)構(gòu)30-33
• 3.1.1 鎖相環(huán)基本概念和相位關(guān)系描述30-32
• 3.1.2 三相鎖相環(huán)原理32-33
• 3.2 三相鎖相環(huán)分析33-38
• 3.2.1 三相靜止坐標(biāo)到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換33-36
• 3.2.2 電網(wǎng)電壓平衡的三相鎖相環(huán)分析36-37
• 3.2.3 電網(wǎng)電壓不平衡的三相鎖相環(huán)分析37-38
• 3.3 雙派克變換自解耦算法鎖相環(huán)原理38-41
• 3.3.1 基于雙派克變換的三相鎖相環(huán)原理38-40
• 3.3.2 基于雙派克變換的三相鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)40-41
• 3.4 基于雙派克變換的三相鎖相環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)41-44
• 3.4.1 鎖相環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)41-43
• 3.4.2 誤差限幅模塊鑒相器設(shè)計(jì)43-44
• 3.5 三相鎖相環(huán)的建模與仿真44-48
• 3.5.1 基于dq坐標(biāo)變換的三相鎖相環(huán)仿真44-46
• 3.5.2 基于雙派克變換自解耦的三相鎖相環(huán)仿真46-48
• 3.6 本章小結(jié)48-50
• 第四章 三相光伏并網(wǎng)逆變器仿真與實(shí)驗(yàn)50-61
• 4.1 MPPT功能仿真分析50-53
• 4.2 三相并網(wǎng)逆變器仿真分析53-57
• 4.2.1 三相并網(wǎng)逆變器仿真分析53-56
• 4.2.2 PR控制器和PI控制器控制效果比較56-57
• 4.3 試驗(yàn)驗(yàn)證57-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第五章 基于雙派克變換的三相鎖相環(huán)的FPGA實(shí)現(xiàn)61-72
• 5.1 FPGA設(shè)計(jì)流程61-63
• 5.2 三相鎖相環(huán)的定點(diǎn)化設(shè)計(jì)63-68
• 5.2.1 鑒相器的實(shí)現(xiàn)63-66
• 5.2.2 環(huán)路濾波器定點(diǎn)化實(shí)現(xiàn)66-67
• 5.2.3 數(shù)控振蕩器定點(diǎn)化實(shí)現(xiàn)67-68
• 5.3 三相鎖相環(huán)邏輯實(shí)現(xiàn)68-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論與展望72-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文79

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