三相光伏并網(wǎng)型逆變器的設(shè)計研究

【摘要】：光伏并網(wǎng)發(fā)電作為一種分布式發(fā)電技術(shù)，受到廣泛關(guān)注。光伏并網(wǎng)逆變器作為太陽能轉(zhuǎn)換至電能的主要環(huán)節(jié)，是目前研究的重點。本文以三相單級式光伏并網(wǎng)逆變器為研究對象，對其數(shù)學模型，控制策略、孤島檢測和光伏電池最大功率獲取等技術(shù)展開了研究。取得了一系列成果，搭建的三相光伏并網(wǎng)逆變器實驗平臺效果良好，驗證了理論的正確性，為進一步提高逆變器性能打下了堅實基礎(chǔ)。 論文首先介紹了選題的背景和意義，闡述了光伏并網(wǎng)型逆變器的發(fā)展歷程以及光伏逆變系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，并分別對單級式光伏發(fā)電系統(tǒng)和兩級式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行分析比較。最后闡述了論文所做的主要工作。 論文選擇三相單級式光伏并網(wǎng)逆變器作為研究對象，分析了其在(α、β)兩相靜止坐標系和(d、q)旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學表達式及模型；推導了基于三相三橋臂的SVPWM調(diào)制算法并對SVPWM的調(diào)制波進行了分析；結(jié)合三相并網(wǎng)逆變器在(d、q)旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，根據(jù)(d、q)坐標系下并網(wǎng)電流的有功分量和無功分量可以單獨控制的特點，設(shè)計了基于前饋解耦的同步PI調(diào)節(jié)器，并給出解耦后的控制模型框圖，而后分別對電流環(huán)和電壓環(huán)的PI調(diào)節(jié)器參數(shù)進行了分析計算。 分布式發(fā)電孤島效應(yīng)對用電設(shè)備及用戶人身安全帶來巨大隱患，因此并網(wǎng)逆變器作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的重要組成，必須具備反孤島功能。論文給出了被動式和主動式兩種孤島檢測類型，分析了過欠壓/過欠頻檢測法、相位突變檢測和諧波檢測法三種被動式孤島檢測方法以及有功功率擾動法和主動頻率擾動法這兩種主動式孤島檢測方法。進行比較分析后，選用了主動頻率擾動法作為逆變器孤島檢測的方法并給出了具體的程序?qū)崿F(xiàn)方法。 為了提高逆變器工作效率和發(fā)電能力，控制算法中應(yīng)嵌入最大功率跟蹤(MPPT)。因此論文首先建立了光伏電池的數(shù)學模型，給出了光伏電池的物理特性并以仿真加以驗證，在此基礎(chǔ)上，分析了恒定電壓跟蹤法(CVT)、電導增量法(IncCond)和擾動觀測法(PO)這三種常用的MPPT方式的優(yōu)缺點，給出了各自的具體的程序流程圖；并結(jié)合恒定電壓跟蹤法及擾動觀測法，提出了論文所使用的最大功率跟蹤方法。 論文在前文關(guān)于光伏并網(wǎng)逆變器控制策略分析的基礎(chǔ)上，以IPM作為功率開關(guān)器件，搭建了一臺單級式三相光伏并網(wǎng)逆變器實驗平臺，設(shè)計了基于STM32F103VBT6型嵌入式控制芯片為核心的主控板以及顯示板，對系統(tǒng)的各部分硬件電路進行了設(shè)計，包括采集電路以及驅(qū)動電路等相關(guān)部分；給出系統(tǒng)由啟動到并網(wǎng)運行的具體的程序流程圖，最后給出了相關(guān)實驗波形并進行了分析。 【關(guān)鍵詞】：光伏逆變器 SVPWM 同步PI 孤島檢測 最大功率跟蹤
【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】：2012
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 課題研究的背景和意義10
• 1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本組成介紹10-13
• 1.2.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的分類11-13
• 1.3 論文研究的主要內(nèi)容13-14
• 第2章 三相光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略14-33
• 2.1 坐標系之間的變換14-16
• 2.1.1 Clark 變換和 Clark 逆變換14-15
• 2.1.2 Park 變換和 Park 逆變換15-16
• 2.2 三相光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)學模型16-19
• 2.2.1 三相光伏并網(wǎng)逆變器在靜止坐標系下的數(shù)學模型16-18
• 2.2.2 三相光伏并網(wǎng)逆變器在旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型18-19
• 2.3 SVPWM 算法的實現(xiàn)19-26
• 2.3.1 空間矢量的合成20-21
• 2.3.2 空間矢量所在扇區(qū)的判斷21-22
• 2.3.3 切換時間的確定22-25
• 2.3.4 SVPWM 調(diào)制波分析25-26
• 2.4 同步 PI 電流控制技術(shù)26-32
• 2.4.1 三相光伏逆變器同步 PI 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計26-29
• 2.4.2 電流環(huán) PI 參數(shù)設(shè)計29-31
• 2.4.3 電壓環(huán) PI 參數(shù)設(shè)計31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第3章 孤島效應(yīng)檢測和最大功率點跟蹤33-51
• 3.1 孤島效應(yīng)的危害33-34
• 3.2 孤島效應(yīng)的作用機理分析34-35
• 3.3 常用孤島檢測方法比較35-39
• 3.3.1 被動式孤島檢測方法35-37
• 3.3.2 主動式孤島檢測方法37-39
• 3.4 光伏電池的數(shù)學模型及物理特性分析39-43
• 3.4.1 光伏電池的數(shù)學模型39-40
• 3.4.2 光伏電池的電氣特性40-42
• 3.4.3 光伏電池仿真分析42-43
• 3.5 最大功率跟蹤算法的分析43-49
• 3.5.1 恒定電壓跟蹤法43-44
• 3.5.2 電導增量法44-46
• 3.5.3 擾動觀察法46-47
• 3.5.4 恒定電壓法與變步長擾動觀察法結(jié)合的 MPPT 設(shè)計47-49
• 3.6 本章小結(jié)49-51
• 第4章 三相光伏逆變器的硬件設(shè)計51-63
• 4.1 系統(tǒng)主電路的設(shè)計51-55
• 4.1.1 直流母線支撐電容的設(shè)計51
• 4.1.2 功率開關(guān)器件的選擇51-52
• 4.1.3 交流側(cè) LC 濾波器的設(shè)計52-55
• 4.2 控制板電路總體設(shè)計55-60
• 4.2.1 采樣調(diào)理電路55-57
• 4.2.2 鎖相環(huán)硬件電路57
• 4.2.3 驅(qū)動電路57-58
• 4.2.4 保護電路58-60
• 4.3 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計60-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 第5章 實驗結(jié)果63-69
• 5.1 系統(tǒng)仿真實驗63-65
• 5.2 系統(tǒng)的調(diào)試65-67
• 5.3 實驗波形67-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻70-73
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果73-74
• 致謝74

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