带有源滤波功能的三相光伏并网逆变器研究

发布时间：2017-08-24 10:36

  本文关键词：带有源滤波功能的三相光伏并网逆变器研究

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【摘要】：随着我国经济的持续快速发展,能源问题和环境问题越来越受到关注。新能源在能源结构中的作用变得更为重要,其中太阳能光伏发电具有诸多优势,具有良好的发展前景。然而,光伏发电系统只能在白天工作,而且受光照强度和气温的影响,其实际利用率很低,系统大部分时间处于闲置状态。同时,大量非线性负载接入配电网,并产生大量谐波电流,影响电能质量。本文将光伏发电系统和有源电力滤波器有机结合起来,对带有源滤波功能的三相并网逆变器进行分析研究,使得系统既能进行光伏发电,又能治理配电网谐波电流,改善电能质量。本文首先通过分析光伏电池的电气模型,利用MATLAB仿真了光伏电池在不同光照及不同温度下的输出特性。为了获得光伏电池的最大输出功率,本文对光伏电池的最大功率点跟踪技术进行深入探讨,提出了一种实用的自适应变步长扰动观察法实现MPPT,能够快速跟踪太阳能电池的最大功率点,减少在最大功率点附近的振荡。针对系统调试方面,本文提出了一种实用的模拟光伏实验平台,可以方便调试。其次,本文设计了带有源滤波功能的两级式三相光伏并网发电系统的总体结构,并对带有源滤波功能的三相光伏并网逆变器的控制算法进行深入分析。光伏并网逆变器采用电压外环电流内环双闭环控制策略,其中电压外环采用PI控制,保证逆变器直流侧电压稳定,同时输出有功指令电流的幅值。针对系统实际情况,谐波电流采用基于ip-iq的分频检测算法,可以直接检测特定单次或者多次谐波,以便针对性的补偿特定次谐波。考虑到系统容量限制,本文提出了一种谐波电流限幅措施,可以避免逆变器输出电流过大造成设备的损坏。针对电流跟踪控制问题,本文对准比例谐振控制和无差拍控制进行深入分析,考虑到准比例谐振参数设计复杂繁多,采用数字无差拍控制实现对指令电流的跟踪控制。最后利用PSIM软件进行仿真,分析系统处于不同工作模式下的输出特点,仿真表明了所提控制策略的正确性。逆变器实验样机研制是本文的研究重点之一。首先根据本文所提出系统的总体结构设计了主电路,确定了主电路功率器件及其驱动电路,设计了滤波电感及逆变器直流侧电容。在控制系统硬件设计方面,设计了基于DSP的控制系统总体结构、外围采样电路、电压过零检测电路及保护电路等,同时介绍了软件实现流程。最后,利用实验室研制的样机进行实验,验证了本文理论研究和设计方法的正确性。
【关键词】：光伏发电 三相逆变器 有源滤波 MPPT 无差拍控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 光伏发电技术概述10-12
• 1.2 光伏发电系统的分类12-15
• 1.2.1 离网型光伏发电系统12-13
• 1.2.2 并网型光伏发电系统13-15
• 1.3 谐波污染与治理概述15-17
• 1.4 基于光伏逆变器的电能质量治理研究17-18
• 1.5 本文章节安排18-19
• 第2章 光伏电池及其最大功率点跟踪控制19-30
• 2.1 光伏电池建模及其输出特性19-21
• 2.1.1 光伏电池模型19-20
• 2.1.2 光伏电池输出特性仿真研究20-21
• 2.2 定步长扰动观察法21-22
• 2.3 基于占空比的自适应扰动观察法22-25
• 2.3.1 基于占空比的扰动观察法22-23
• 2.3.2 自适应变步长扰动观察法23-25
• 2.4 光伏系统调试平台25-27
• 2.5 MPPT仿真分析27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 含有源滤波功能的三相光伏逆变器控制策略30-51
• 3.1 总体结构及控制策略30-31
• 3.2 有功电流指令的获取31-32
• 3.3 谐波电流指令的获取32-35
• 3.3.1 基于i_p-i_q运算方式的谐波电流检测32-33
• 3.3.2 分频谐波检测算法33-34
• 3.3.3 谐波电流限幅措施34-35
• 3.4 复合指令电流的合成35-37
• 3.4.1 系统工作模式的选择35-36
• 3.4.2 复合指令电流合成算法36-37
• 3.5 指令电流跟踪算法37-42
• 3.5.1 基于准比例谐振的电流控制算法37-39
• 3.5.2 基于数字化无差拍的电流控制算法39-42
• 3.6 系统仿真分析42-50
• 3.6.1 光伏发电模式43-44
• 3.6.2 谐波治理模式44-47
• 3.6.3 同时进行光伏发电和有源滤波模式47-50
• 3.7 本章小结50-51
• 第4章 系统装置的研制51-70
• 4.1 系统主电路设计51-56
• 4.1.1 系统的电路实现51-53
• 4.1.2 功率器件及其驱动电路的选取53-54
• 4.1.3 输出电感及逆变器直流侧电容的选取54-56
• 4.2 控制系统硬件设计56-62
• 4.2.1 基于的DSP控制系统结构56-57
• 4.2.2 外围采样电路设计57-59
• 4.2.3 电压过零检测电路设计59-60
• 4.2.4 保护电路设计60-61
• 4.2.5 通信模块设计61-62
• 4.3 控制系统软件设计62-66
• 4.3.1 主程序流程62
• 4.3.2 中断程序流程62-65
• 4.3.3 孤岛检测程序65-66
• 4.4 实验结果66-69
• 4.4.1 光伏发电实验67-68
• 4.4.2 同时进行光伏发电和有源滤波实验68-69
• 4.5 本章小结69-70
• 总结70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 附录 攻读学位期间取得的研究成果77

【参考文献】

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本文编号：730839