小功率光伏并网逆变系统的研究与设计

发布时间：2020-07-21 07:36

【摘要】：社会进步需要依靠坚实的物质基础、富足的精神文明和先进的科学技术,更离不开能源的消费,而有限的化石能源和社会的可持续发展成为当今新形式矛盾,以光伏发电为代表的清洁能源发电方式对国家能源结构调整有着重要意义。小功率光伏发电系统具有安装方便、灵活性强、受地域环境影响小、可移植性高等优势,广泛应用于屋顶光伏分布式发电、公用电网覆盖不到的偏远地区用电场合。本文从小功率光伏并网逆变系统的拓扑结构和并网控制策略两方面展开深入研究。首先,分析各类小功率逆变器的拓扑结构和工作原理,在两级式自隔离的交错反激式逆变器主电路拓扑结构上,研究直流侧与并网侧功率不平衡情况下,并网电压对电网电压冲击。根据交错反激式电路输出电压波形,考虑系统设计成本、体积和效率等因素,提出一种软件补偿控制的交错反激式逆变器拓扑结构,根据时序分析不同的电路工作状态,详细说明了电路的工作原理和控制过程,仿真验证补偿控制具有抑制交错反激式的输出电压波动的效果,输出电压波形更平滑。其次,在分析对比了小功率逆变器常用的数字并网控制策略优劣性的基础上,研究非理想电网条件下单相光伏并网逆变系统的无功补偿问题,设计了一种基于广义二阶积分(Second Order Generalized Integral,SOGI)的矢量并网控制方法。利用广义二阶积分建立虚拟静止坐标系,从系统输出有功功率中分离出与电网同频同相的交流分量作为其无功补偿量,并结合电压电流双闭环并网控制策略,解决了电网电压干扰下的并网无功补偿问题。仿真实验结果验证系统能够实现单相并网运行,且具有良好的稳定性和鲁棒性。最后,根据小功率单相光伏并网逆变系统的技术指标要求,硬件方面,完成了交错反激式逆变器主电路、驱动电路、微处理器控制电路、辅助电路等硬件电路的设计;软件方面,完成了系统控制主程序、交错反激式补偿控制中断程序和并网控制中断程序等软件程序设计。在PSIM软件及电力电子测试平台上进行了仿真及实验验证,实验结果表明:并网逆变器输出电流的波形平滑,且频率和相位与电网电压保持一致,总的电流畸变率(THD)保持在5%以内,整体满足单相光伏发电系统的并网要求。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM615
【图文】：

能源,一次能源消费,能源消费,煤炭储量

图 1.1 世界与中国的能源储蓄总量对比结果，全球可支配煤炭储量还有不到 200 年的开采期，石油的开采也60 年，很明显快要出现能源供应断层[2]。在 2018 年的《BP 世界能源鉴》）中，明确指出上一年全球一次能源消费总量呈现出强劲增长明显高于过去十年的平均增长，增速达到 2013 年以来最大值。中世界榜首的能源消费大国，在 2016 年到 2017 年间，一次能源消费管炭消费占比由十年前的 73.6%和 2016 年的 62.0%降至 2017 年的能源消费的主要地位[3]。世界与中国一次能源消费累计如表 1.1 所表 1.1 世界与中国一次能源累计消费量（亿吨）年度 2014 2015 2016 2017 2017 年增长率中国 2973.5 3009.8 3047.2 3132.2 3.1%世界 12953.9 13060.2 13258.5 13511.2 2.2%

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纪 90 年代开始，光伏发电成为影响世界能源结构的重要因素电中，光伏发电装机容量和发电量表现最为抢眼，除了具有能源一样无污染、容量大的特点，太阳能还有以下明显优势替品：能、风能、潮汐能是具有相对稳定的分布范围，开采受地域限最为广泛，更容易采集，具有可持续性发展的特点；的开采会破坏原有的生态平衡，对生态环境具有较大的冲击环；阳能随处可见，在偏远地区，家用光伏发电可提供生活用电，电网，提高新能源发电占比，完善公用电网体系，调整能源三年在科技快速发展和政策支持下，光伏发电成本比预计下为风电、水电等发电方式的强劲对手。年到 2017 年，全球和我国太阳能光伏安装量如图 1.2 所示[5]

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的蓄电池中，当无光照光伏系统不进行转化能量时，由蓄电池向负载供电，图 1.3 为离网式太阳能光伏发电框图，图 1.4 为并网式太阳能光伏发电框图。图1.3 离网式太阳能光伏发电框图图1.4 并网式太阳能光伏发电框图功率级数不同的光伏并网系统，其电压、电流的输入输出指标不同，大功率系统更多是以集中式体现，光伏电池阵列输出电压直接流入汇流箱，同直流电压柜并联输出到逆变器，具有高稳定性、低建设成本和低维修成本的特点，缺点是安装过程受地域影响较大，安装地点要求地势平缓，光照充足；小功率则以分布式发电居多，不受地域限制，特别适用于楼宇小功率系统，合理利用资源，解决电网难以覆盖的偏远地区用电问题，其输入电压比较小，一般达不到母线电压启动要求，电路结构设计中，小功率必须考虑直流母线电压指标，因此小功率和大功率系统[11]的拓扑结构有偏差

【参考文献】