基于直接功率控制的并网型光伏逆变器研究

发布时间：2017-09-12 14:11

  本文关键词：基于直接功率控制的并网型光伏逆变器研究

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【摘要】：光伏并网逆变器作为光伏并网发电系统的核心设备,其可靠性、安全性以及效率一直是研究的热点。本文以基于直接功率控制的并网型光伏逆变器为研究对象,分析了光伏并网系统模型、光伏电池MPPT算法、直接功率控制策略以及虚拟磁链原理,并在此基础上提出改进措施来提高系统性能。论文综述课题研究背景、意义,分析了并网型光伏逆变系统结构及关键技术。介绍了分布式光伏发电系统中存在的“孤岛效应”以及相关光伏发电并网标准。研究了光伏电池最大功率跟踪算法,针对固定步长扰动观测法跟踪速度慢、跟踪精度低的缺点,提出一种新型的变步长扰动观测法。在Matlab/Simulink环境下建立仿真模型,仿真结果表明,该算法在提高最大功率的跟踪速度与精度的同时,也可以抑制最大功率点处的振荡现象。为提高光伏并网逆变器的动态性能,论文依据瞬时功率理论,建立了逆变电路的数学模型,研究了基于滞环功率比较器的直接功率控制策略。分析了滞环比较器的原理,以及滞环宽度对输出功率的影响。开关表依据功率滞环比较器的输出量和电网电压向量的矢量角,给出PWM信号控制功率管,进而调节输出功率。分析了传统功率开关表的构造原理,讨论了其在快速调节逆变器输出功率时的局限性。给出了一种新型开关表,并在Matlab/Simulink环境仿真实验。实验结果验证了新型开关表性能比传统开关表性能有所提高。论文研究了基于虚拟磁链定向的直接功率控制策略。在分析基于低通滤波器的虚拟磁链观测器的基础上,给出一种改进的虚拟磁链观测器,并在Matlab/Simulink环境下仿真实验。仿真结果表明,改进型虚拟磁链观测器跟踪虚拟磁链圆速度更快、效果更好。
【关键词】：光伏发电 逆变器 最大功率跟踪 直接功率控制 虚拟磁链
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-23
• 1.1 太阳能发电的研究背景、目的及意义8-10
• 1.2 国内外光伏发电的发展状况10-11
• 1.3 并网型光伏逆变系统结构11-14
• 1.3.1 电流源、电压源逆变器11-12
• 1.3.2 隔离型12
• 1.3.3 非隔离型12-14
• 1.4 并网型光伏逆变器中的关键技术14-20
• 1.4.1 光伏电池最大功率点跟踪（MPPT）14
• 1.4.2 三相并网逆变器的控制策略14-16
• 1.4.3 孤岛的检测与防治16-17
• 1.4.4 光伏并网逆变器的滤波器17-20
• 1.5 三相逆变器的调制技术20-21
• 1.5.1 脉宽调制技术20
• 1.5.2 空间矢量脉宽调制技术20-21
• 1.6 光伏发电系统并网标准21-22
• 1.7 本文研究的主要内容22-23
• 第二章 光伏电池最大功率点跟踪控制研究23-36
• 2.1 光伏电池工作特性23-27
• 2.1.1 光伏电池的数学模型23-26
• 2.1.2 光伏电池的输出特性分析26-27
• 2.2 光伏电池最大功率点跟踪（MPPT）算法研究27-33
• 2.2.1 恒定电压法27-28
• 2.2.2 扰动观测法28-30
• 2.2.3 电导增量法30-32
• 2.2.4 智能MPPT控制算法32-33
• 2.3 改进型MPPT算法33-35
• 2.3.1 改进型变步长MPPT算法原理33-34
• 2.3.2 改进型扰动观察法的建模与仿真34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 三相逆变器的拓扑结构及数学模型36-45
• 3.1 三相电压源型逆变器的主电路拓扑结构及工作原理36-39
• 3.2 坐标变换39-40
• 3.3 三相并网逆变器的数学模型40-43
• 3.3.1 三相静止坐标系下的模型41-42
• 3.3.2 两相静止坐标系下的模型42
• 3.3.3 两相同步旋转坐标系下的数学模型42-43
• 3.4 光伏系统并网原理分析43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 基于电压定向的改进型直接功率控制研究45-63
• 4.1 瞬时功率的定义及计算45-47
• 4.1.1 三相ABC静止坐标系下瞬时功率的定义45
• 4.1.2 两相 αβ 静止坐标系下定义瞬时功率45-46
• 4.1.3 两相旋转坐标系下定义瞬时功率46-47
• 4.2 三相并网逆变器直接功率控制理论原理分析47-50
• 4.3 改进开关表直接功率控制并网光伏逆变器研究50-58
• 4.3.1 直接功率控制系统框图51-52
• 4.3.2 直流侧电压调节器设计52-53
• 4.3.3 功率滞环比较器的原理53-54
• 4.3.4 电压矢量开关表的构造54-56
• 4.3.5 新型开关表56-58
• 4.4 MATLAT/SIMULINK环境下建模仿真分析58-62
• 4.4.1 仿真模型及参数设计58-60
• 4.4.2 仿真结果分析60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 基于虚拟磁链的直接功率控制研究63-74
• 5.1 虚拟磁链原理及虚拟磁链的计算63-65
• 5.2 虚拟磁链下的瞬时功率计算65-66
• 5.3 虚拟磁链观测器66-69
• 5.3.1 基于纯积分环节的虚拟磁链观察器66-67
• 5.3.2 基于低通滤波器的虚拟磁链的观测器67-68
• 5.3.3 改进型虚拟磁链观测器68-69
• 5.4 基于虚拟磁链的直接功率控制系统仿真69-73
• 5.4.1 Matlab/simulink环境下建模与仿真70-71
• 5.4.2 仿真结果分析71-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 全文工作总结74-75
• 6.2 全文工作展望75-76
• 参考文献76-79
• 附录 攻读硕士学位期间撰写的论文79-80
• 致谢80

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本文编号：837674