LCL型光伏并网逆变器的控制策略研究

发布时间：2017-07-19 19:15

  本文关键词：LCL型光伏并网逆变器的控制策略研究

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【摘要】：全球能源日益严峻,基于化石燃料的燃烧已经难以满足人们日益增长的需求,可持续能源的开发受到更多的重视。其中太阳能凭借其独特的优点得到各国的关注。本文以三相两级式LCL型光伏并网逆变器作为研究对象,主要研究该系统的两大核心问题——光伏阵列的最大功率点跟踪和入网电流与电网电压的同步。针对现有最大功率点跟踪速度慢、成本高等问题。在分析传统扰动观察法的基础上,采用了一种无电流传感器的最大功率点跟踪方案,减少了系统的体积和成本。在Matlab中验证了该方法的有效性。逆变器采用性能较好的LCL滤波器,但其在谐振频率处产生的零阻抗将影响系统的稳定。为了抑制LCL滤波器谐振产生的零阻抗,采用基于加权平均电流的控制策略。但其在同步旋转坐标系下仍有强烈的耦合关系,因此电流环采用前馈解耦的控制策略,实现d轴和q轴的独立控制。但系统传递函数对电网电感变化敏感,在传统特定频率次谐波注入法基础上,采用一种无谐波注入的电网电感测量方法。通过两次采样并网电流和电容电压计算得出电网的电感。该方法能够准确检测电网电感值,快速跟踪电网电感变化。以微控制器STM32F103RBT6为主控芯片,搭建了低成本的实验样机,包括硬件和软件两大部分。硬件部分设计包括主电路、电流检测电路、直流母线电压检测电路、过零检测电路、电源电路等。软件部分设计包括GPIO模块、SPWM模块、定时器模块、主函数模块等。样机实验基本实现了入网电流与电网电压的同频同相。最后分析了系统中的不足之处,并提出了下一步的计划目标。
【关键词】：光伏并网逆变器 最大功率点跟踪 LCL滤波器 加权平均电流控制
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 课题研究背景和意义7-8
• 1.2 光伏并网逆变器的研究现状8-11
• 1.2.1 光伏并网发电系统的分类9-10
• 1.2.2 光伏电池最大功率点跟踪策略研究10-11
• 1.2.3 并网逆变器控制策略的研究11
• 1.2.4 三相并网逆变器电网同步技术的研究11
• 1.3 本文研究的主要内容11-13
• 第二章 光伏阵列最大功率点跟踪方法研究13-23
• 2.1 光伏阵列数学模型及输出特性13-15
• 2.1.1 光伏阵列数学模型13-14
• 2.1.2 光伏阵列输出特性14-15
• 2.2 无电流传感器的光伏MPPT15-22
• 2.2.1 传统的MPPT策略15-16
• 2.2.2 Boost电路实现无电流传感器的MPPT16-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 三相LCL型并网逆变器的数学模型及控制策略23-41
• 3.1 基于LCL滤波器的逆变器数学模型23-29
• 3.1.1 输出滤波器比较23-24
• 3.1.2 逆变器的拓扑结构24
• 3.1.3 基于LCL滤波器的逆变器数学模型24-28
• 3.1.4 LCL滤波器参数的设计28-29
• 3.2 基于前馈解耦的加权平均电流控制策略29-35
• 3.2.1 加权平均电流控制方案29-30
• 3.2.2 加权平均电流解耦控制方案30-32
• 3.2.3 PI控制器参数的设计32-34
• 3.2.4 仿真结果分析34-35
• 3.3 电网电感对并网逆变器的影响及测量35-40
• 3.3.1 电网电感对逆变器的影响35-37
• 3.3.2 电网电感计算方法37-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 LCL型光伏并网逆变器的硬件电路设计41-50
• 4.1 系统硬件总体设计方案41
• 4.2 系统单元电路设计41-49
• 4.2.1 系统主电路设计42-43
• 4.2.2 电源电路设计43
• 4.2.3 驱动电路设计43-45
• 4.2.4 控制器电路设计45-46
• 4.2.5 直流母线电压检测和保护电路46-47
• 4.2.6 电流检测和保护电路设计47-48
• 4.2.7 过零检测电路设计48-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 系统的软件设计50-57
• 5.1 软件总体设计50
• 5.2 模块化程序设计50-56
• 5.2.1 GPIO模块设计51
• 5.2.2 TIMER模块51-52
• 5.2.3 SPWM模块52-53
• 5.2.4 ADC模块53-54
• 5.2.5 电网电压同步锁相模块54-55
• 5.2.6 Main函数模块55-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 实验结果分析57-60
• 6.1 实验环境介绍57-58
• 6.2 实验结果分析58-59
• 6.3 本章小结59-60
• 总结与展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 附录：作者在攻读硕士期间发表的论文及科研成果66

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本文编号：564419