閑置電容型光伏并網(wǎng)逆變器的研究

【摘要】： 隨著傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少,對環(huán)境造成的危害日益突出,全世界都把目光投向了可再生能源。豐富的太陽輻射能是取之不盡、用之不竭的、分布廣、無污染、廉價、人類能夠自由利用的能源。近些年來,太陽能電池和電力電子技術(shù)不斷進步,使得太陽能光伏發(fā)電得到了飛速發(fā)展并逐漸成為太陽能利用的主要形式,其中的光伏并網(wǎng)發(fā)電更是當(dāng)今世界光伏發(fā)電技術(shù)的主流。作為光伏發(fā)電核心部件的逆變器,承擔(dān)著將光伏電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為能并入電網(wǎng)的交流電的任務(wù),其成本、效率和使用壽命最優(yōu)化的實現(xiàn)將提高整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能和投資預(yù)期?；诖?本文從拓撲結(jié)構(gòu)、控制方法和孤島效應(yīng)檢測等幾個方面對光伏并網(wǎng)逆變器進行了深入的研究。 本文詳細分析了現(xiàn)有的光伏逆變器拓撲后,結(jié)合電容閑置型Cuk電路和半橋逆變電路,提出一種新型的單相光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)。所提逆變器電路結(jié)構(gòu)簡單緊湊。采用的四個開關(guān)中,兩個開關(guān)工作于工頻,用于實現(xiàn)并網(wǎng)電流的正負半波,另兩個開關(guān)工作于高頻,用于控制并網(wǎng)電流波形和實現(xiàn)最大功率點跟蹤,電容閑置方式,實現(xiàn)了高頻開關(guān)的軟開關(guān),降低了損耗;實現(xiàn)了功率解耦,取消了大容量電解電容的使用,提高了壽命。 合理的控制方法可以保證逆變器的輸出質(zhì)量,提高逆變器的效率。針對所提逆變器,本文采用了雙環(huán)控制策略來保證逆變器輸出與電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)電流。其中閑置電容電壓的前饋和輸出電流反饋的聯(lián)合控制,可以有效的調(diào)節(jié)電容傳遞的功率,從而控制并網(wǎng)的幅值。提高逆變器效率方面,需要對逆變器進行最大功率點跟蹤控制。在分析了常用的最大功率點跟蹤方法后,本文采用了變增量電導(dǎo)法,通過光伏電池的輸出電導(dǎo)來判斷是否處在最大功率點,通過改變主開關(guān)導(dǎo)通時間來實現(xiàn)最大功率點跟蹤。變化的增量使跟蹤速度明顯加快。 光伏并網(wǎng)逆變器在實現(xiàn)高質(zhì)高效的電能轉(zhuǎn)換的同時,還需要完善的保護措施,孤島狀態(tài)就是一種需要重點研究的很特殊的故障狀態(tài)。本文分析和比較了有源頻率偏移法、滑模頻率偏移法和輸出功率擾動法。采用了一種有源頻率偏移法和輸出功率擾動法相結(jié)合的孤島檢測方法。加快了檢測時間、縮小了檢測盲區(qū),也會降低對電網(wǎng)的影響,減少自身的功率損失。 最后本文搭建了一臺基于DSP數(shù)字化控制的120W實驗樣機,進行了其電路參數(shù)設(shè)計、器件選擇及程序設(shè)計。實驗結(jié)果驗證了所提逆變器的正確性、可行性和有效性,為進一步研究奠定了重要的基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)發(fā)電 逆變器 電容閑置技術(shù) 最大功率點跟蹤 孤島檢測
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 本文的課題背景8-9
• 1.2 國內(nèi)外光伏并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 國外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與國家戰(zhàn)略9-11
• 1.2.2 國內(nèi)光伏并網(wǎng)發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 光伏逆變器的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3.1 光伏逆變器的發(fā)展12-14
• 1.3.2 光伏逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)14-16
• 1.4 本論文的主要工作16-17
• 第2章 新的光伏并網(wǎng)逆變器拓撲結(jié)構(gòu)17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 新型光伏逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)17-23
• 2.2.1 半橋逆變電路的工作原理17-18
• 2.2.2 電容閑置Cuk 電路的工作原理18-22
• 2.2.3 新的電容閑置型光伏逆變器22-23
• 2.3 新型光伏逆變器的分析及仿真23-27
• 2.3.1 新型光伏逆變器的工作狀態(tài)分析23-25
• 2.3.2 新型光伏逆變器的仿真25-27
• 2.4 電容閑置Cuk 電路的軟開關(guān)特性27-28
• 2.5 逆變器中大電解電容的取代28-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第3章 光伏并網(wǎng)控制方法及策略31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 逆變器控制系統(tǒng)的分析31-33
• 3.3 光伏逆變器的并網(wǎng)電流控制33-37
• 3.3.1 三角波比較法33-34
• 3.3.2 解耦電容電壓控制的分析34
• 3.3.3 并網(wǎng)電流控制的仿真結(jié)果34-37
• 3.4 最大功率點跟蹤的控制策略37-46
• 3.4.1 光伏電池特性分析37-39
• 3.4.2 最大功率點跟蹤算法39-43
• 3.4.3 最大功率點跟蹤策略的仿真43-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的保護和孤島問題47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 孤島產(chǎn)生的系統(tǒng)環(huán)境及危害47-49
• 4.3 孤島產(chǎn)生時的功率分析49-51
• 4.4 孤島檢測方法的分析51-54
• 4.5 新的孤島檢測方法54-56
• 4.6 本章小結(jié)56-57
• 第5章 光伏并網(wǎng)逆變器的實驗研究57-65
• 5.1 引言57
• 5.2 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)主電路的設(shè)計57-60
• 5.2.1 電池板的選擇57-58
• 5.2.2 主電路參數(shù)設(shè)計58-59
• 5.2.3 電力電子器件的選擇59-60
• 5.3 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計60-62
• 5.3.1 控制系統(tǒng)的硬件選擇60-61
• 5.3.2 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計61-62
• 5.4 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的實驗結(jié)果62-64
• 5.5 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻67-73
• 致謝73

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