带有源滤波功能的光伏并网逆变器研究

发布时间：2017-06-19 13:03

  本文关键词：带有源滤波功能的光伏并网逆变器研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对传统光伏并网逆变器具有间歇性、设备利用率低,单台有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)设备成本高、经济性不明显等问题,本文研究了带有源滤波功能的光伏并网逆变器。与普通光伏并网逆变器及APF相比,在拓扑结构基本不变、硬件成本几乎不增加的条件下,同时实现了光伏并网和有源滤波功能。既改善了电网的电能质量,又降低了应用成本,提高了整个装置的利用率。本文主要工作总结如下：(1)系统拓扑结构选择及可行性分析分析光伏并网逆变器和APF的工作原理,通过对比两者的拓扑结构,选择结构相似的单级式三相光伏并网逆变器和并联型APF作为研究对象,进行统一控制。分析了基于同一硬件平台实现两者功能的可行性以及带APF功能的光伏并网逆变器的工作原理。(2)系统核心控制算法的研究与设计针对系统需要同时跟踪基波和各次谐波电流的特点,重点分析五种常用电流内环控制器在本文中的优缺点。将重复控制和PI并联组成的复合控制器应用于本系统,改善重复控制动态响应慢的缺点。设计了无差拍和重复+PI两种电流内环控制器并进行对比研究。此外,研究了系统在光伏并网、APF以及同时并网和APF这三种工作模式的切换以及输出电流限制等问题。对系统中的核心算法进行设计,如：基于双二阶广义积分滤波器的软件锁相环、基于id-iq法谐波检测算法以及直流侧电压外环控制器等。(3)基于模型设计自动生成代码方法的应用针对传统电力电子装置开发过程中软件研发周期长,代码测试及验证费时费力等问题。本文利用Matlab/Simulink搭建控制算法仿真模型,对关键算法仿真验证之后,采用基于模型设计的方法,自动生成适用于TMS320F28335的软件代码。并在Matlab环境下进行软件在环测试,验证自动生成代码的正确性。最后和手动编写的底层代码集成,完成整个系统软件设计,缩短了软件开发周期。(4)系统谐波补偿效果衡量方法的研究仿真和实验中系统工作在同时并网和APF模式时,由于补偿谐波的同时向电网注入了有功基波电流导致电网基准电流与单独APF模式不同,而不能仅通过电流谐波畸变率(Total Harmonics Distortion, THD)的数值来准确分析谐波补偿效果。研究用谐波补偿率来衡量系统谐波补偿效果的方法,可以准确分析出系统的谐波补偿性能。利用Matlab对系统仿真,并搭建实验平台进行测试,仿真和实验结果表明：系统可以运行在三种工作模式下；重复+PI控制的稳态性能要优于无差拍控制,使系统在并网模式时并网电流THD4%,功率因数约等于0.99；APF模式时经过补偿后,电网电流THD5%；同时并网和APF模式时,在系统容量范围内,输出有功电流的同时可以补偿77.24%的电网谐波电流,达到了预期效果,验证了系统及相关算法的可行性及实用性。
【关键词】：并网逆变器 有源滤波 电能质量 重复控制 基于模型设计
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-18
• 1.1 研究目的和意义11-12
• 1.2 光伏并网逆变器的发展现状12-13
• 1.3 APF概述13-15
• 1.3.1 谐波的产生与危害13-14
• 1.3.2 APF的发展现状14-15
• 1.4 带有源滤波功能的光伏并网逆变器发展现状15-16
• 1.5 本文主要研究内容及章节安排16-18
• 2 光伏并网逆变器与APF统一控制18-25
• 2.1 光伏并网逆变器的拓扑结构及工作原理18-19
• 2.2 并联型APF的拓扑结构及工作原理19-20
• 2.3 系统拓扑结构选择与工作原理分析20-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 核心算法研究与设计25-48
• 3.1 锁相环设计25-30
• 3.1.1 SSRF-SPLL26-27
• 3.1.2 DSOGI-SPLL27-30
• 3.2 谐波电流检测算法30-34
• 3.3 电流内环控制算法34-43
• 3.3.1 电流滞环控制34-35
• 3.3.2 PI控制35-36
• 3.3.3 无差拍控制36-38
• 3.3.4 准比例谐振控制38-40
• 3.3.5 重复+PI控制40-43
• 3.4 脉宽调制算法43-44
• 3.5 直流侧电压控制44-45
• 3.6 工作模式切换及电流限制45-47
• 3.6.1 三种工作模式切换45-46
• 3.6.2 电流限制方法46-47
• 3.7 本章小结47-48
• 4 系统软硬件设计48-67
• 4.1 主电路设计及参数计算49-54
• 4.1.1 主电路设计49
• 4.1.2 主要参数选取49-54
• 4.2 驱动及保护电路设计54-55
• 4.2.1 驱动电路54
• 4.2.2 保护电路54-55
• 4.3 控制及检测电路设计55-58
• 4.3.1 DSP核心控制电路55-56
• 4.3.2 电压检测电路56-57
• 4.3.3 电压信号调理电路57
• 4.3.4 电流检测电路57-58
• 4.4 软件设计58-66
• 4.4.1 基于模型设计58-61
• 4.4.2 代码自动生成与验证61-63
• 4.4.3 代码集成63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 5 仿真及实验67-87
• 5.1 仿真结果与分析67-77
• 5.1.1 模式1并网仿真68-70
• 5.1.2 模式2 APF仿真70-72
• 5.1.3 模式3同时并网和APF仿真72-77
• 5.2 实验结果与分析77-85
• 5.2.1 模式1并网实验78-80
• 5.2.2 模式2 APF实验80-82
• 5.2.3 模式3同时并网和APF实验82-85
• 5.3 本章小结85-87
• 6 总结与展望87-89
• 6.1 全文工作总结87-88
• 6.2 未来工作展望88-89
• 致谢89-91
• 参考文献91-95
• 附录A：核心控制电路原理图95-96
• 附录B：核心控制电路PCB图96-97
• 附录C：中断服务子程序97-99
• 攻读学位期间发表的学术论文目录99
• 攻读硕士学位期间科研成果99-101

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 储健,许镇琳;应急逆变器群的集中控制[J];中国照明电器;2001年09期

2 李建辉,韩光宇,钟实;逆变器产生的干扰及抑制[J];中国设备工程;2005年04期

3 郑沃奇;;广州地铁2号线车辆辅助逆变器[J];机车电传动;2006年05期

4 张劲松;;浅谈逆变器的使用[J];中国科技信息;2007年18期

5 李红新;周林;郭珂;战祥真;雷建;;Z源逆变器最新进展及应用研究[J];电源技术;2013年03期

6 高潮,徐宏凯,于泉;富士电机公司的逆变器与伺服技术的发展状况[J];电气传动;2000年01期

7 林航空,仲田清(日);日立制作所开发逆变器控制的新动向[J];国外内燃机车;2000年02期

8 邹云屏,成功,丁凯;模型参考自适应控制逆变器的研究[J];通信电源技术;2000年03期

9 李剑 ,康勇 ,陈坚;带模糊调节的重复控制器在逆变器中的应用[J];电气传动;2001年06期

10 胡兵,陶生桂,毛明平;现场可编程门阵列在逆变器控制系统中的应用[J];同济大学学报(自然科学版);2002年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 陈永利;霍艳军;;组合式三相正弦逆变器控制软件设计[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集（下册）[C];2006年

2 费雯丽;袁佳歆;陈立;;基于免疫算法的单相逆变器多目标最优控制策略研究[A];第七届中国高校电力电子与电力传动学术年会论文集[C];2013年

3 李红利;方文俊;仇书文;;基于60°坐标系的五电平逆变器研究[A];第22届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第4届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C];2012年

4 郭建勇;方如举;李献伟;;光伏并网逆变器伪孤岛现象的研究[A];2012中国智能电网学术研讨会论文集[C];2012年

5 李金刚;马鑫;钟彦儒;;新型中频正弦波逆变器控制方法实现的研究[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年

6 石志学;王金峰;金传付;吉文杰;郭艳鹏;陈可;;500kW光伏并网逆变器控制系统设计和实现[A];中国计量协会冶金分会2013年会论文集[C];2013年

7 葛兴来;冯晓云;;逆变器无拍频控制策略研究[A];2008年中国铁道学会牵引动力学术年会——动车组、大功率交流传动机车研讨会论文集[C];2008年

8 叶楠;何中一;孟宪会;邢岩;;逆变器电流滞环控制技术研究[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年

9 张少杰;段铁群;杨勇;张亮;;1kW潮流能发电装置逆变器SVPWM技术的研究与应用[A];中国可再生能源学会海洋能专业委员会第三届学术讨论会论文集[C];2010年

10 郭同生;黎辉;杨旭;王兆安;;UPS逆变器反馈控制误差分析与改进方法[A];第二届全国特种电源与元器件年会论文集[C];2002年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 上海 苏成富;一款新型逆变器控制芯片LX1692IDW简介[N];电子报;2013年

2 周志敏;新一代UPS的发展趋势[N];人民邮电;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李湘峰;逆变器的能控性分析及m模态控制[D];华南理工大学;2015年

2 HOANG THI THU GIANG;并网逆变器并联运行方法研究[D];华南理工大学;2016年

3 郭志强;分布式发电及分散式微电网控制策略的研究[D];北京理工大学;2015年

4 邵章平;三电平光伏并网逆变器的模块化控制研究[D];合肥工业大学;2015年

5 施永;微网系统逆变及组网关键技术研究[D];合肥工业大学;2015年

6 刘芳;基于虚拟同步机的微网逆变器控制策略研究[D];合肥工业大学;2015年

7 邓凯;开关电感型准Z源光伏并网逆变系统关键技术研究[D];东南大学;2015年

8 姚玮;数字化铁路25Hz信号电源及其并联运行技术的研究[D];浙江大学;2015年

9 房绪鹏;Z源逆变器研究[D];浙江大学;2005年

10 陈艳;光伏发电系统中Z源逆变器的控制技术研究[D];重庆大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 冯莉;户用型三相四桥臂光伏逆变器控制策略研究[D];燕山大学;2015年

2 张晓静;单级非隔离型双Zeta逆变器[D];燕山大学;2015年

3 王泉策;光伏并网微逆变器研究[D];燕山大学;2015年

4 马思曼;三相逆变器多机并网系统谐振机理与抑制策略研究[D];燕山大学;2015年

5 卢浩;三相光伏逆变器的智能控制技术的研究[D];安徽大学;2015年

6 陈月;大功率串并式磁共振无线电能传输系统研究[D];江南大学;2015年

7 刘杰;3kW单相光伏并网逆变器的研制[D];西南交通大学;2015年

8 刘海利;高升压比电流连续型Quasi-Z源逆变器及其并网控制研究[D];西南交通大学;2015年

9 崔晓东;基于下垂控制的船舶微源逆变器控制策略研究[D];大连海事大学;2016年

10 杨洪雨;双馈异步发电机系统阻抗建模及稳定性分析[D];浙江大学;2016年

  本文关键词：带有源滤波功能的光伏并网逆变器研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：462563