单相光伏并网系统的分析与研究

【摘要】：在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,光伏利用成为世界各国争相发展的热点,光伏并网发电作为太阳能光伏利用的发展趋势,必将得到快速的发展。 本文主要以单相并网系统为研究对象,对光伏并网系统进行了全面的理论分析,从并网系统的拓扑结构、控制策略、参数的选择、最大功率点跟踪以及防止孤岛效应等方面作了详细的分析和研究,主要内容有: (1) 详细分析了单相光伏并网发电系统的不同主电路拓扑结构的工作特性和工作原理。光伏并网系统中主电路参数的选择对于系统能否正常工作、系统输出电流波形质量的好坏有重要的作用。本文研究了系统直流侧和交流侧滤波器的设计思想和设计过程,推导并提供了主电路关键参数的计算公式。 (2) 并网电流的跟踪控制是系统研究的关键技术之一。本文研究了单相并网系统的几种控制策略,研究分析了零电流跟踪误差的控制方法、提出了将电网电压前馈和给定电流前馈相结合,把并网系统等效成一个无源逆变系统,这样就减轻了调节器的负担,减小了噪音干扰,改善了电流波形。文中建立了系统的仿真模型,进行了仿真和实验研究。 (3) 太阳电池的特性曲线有强烈的非线性,其输出功率受到结温、日照等周围环境因素的影响。本文研究了最大功率点跟踪的最常用的两种方法:扰动法和电导增量法,它们也是其它最大功率点跟踪方法研究和发展的基础。本文采用了一个基于平均功率的变步长的方法来跟踪太阳电池阵列的最大功率点,它保证了跟踪过程的稳定性和快速性,实验证明这种方法具有良好的跟踪性能。 (4) 孤岛效应是光伏并网系统中必须解决的问题。本文分析了孤岛效应产生的原因和目前常用的被动和主动的检测方法。根据电网和普通负载的特点,提出了基于相位超前的孤岛效应检测方法,详细分析了这种方法的工作原理,最后进行了实验验证。 研究设计了任意角度的锁相方法,通过该方法可以计算任意角度的正弦值,实现任意角度的相位超前和完成锁相功能。 (5) 开发了由DSP芯片TMS320LF2407A负责实时控制、AVR芯片Atmage164负责数据采集、PC机进行远程监控的分布式控制系统。能够实现若干光伏并网装置的本地和远程监控功能,易于系统实时运行数据的显示、存储和历史数据分析,同时可以实现对系统运行参数的在线 【关键词】：光伏并网 最大功率点跟踪 孤岛效应 功率因素 远程监控 滤波器 逆变器
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TM615
【目录】：

• 第一章 绪论18-34
• 1.1 课题的研究背景及意义18-19
• 1.2 光伏并网发电在国内外的发展19-21
• 1.2.1 国外光伏并网发电的现状和趋势19-20
• 1.2.2 我国光伏并网发电的发展20-21
• 1.3 光伏并网系统的介绍21-26
• 1.3.1 并网系统的结构与分类21-22
• 1.3.2 光伏并网系统的拓扑22-24
• 1.3.3 并网系统的主要控制策略24-25
• 1.3.4 光伏系统的最大功率点跟踪25-26
• 1.3.5 并网系统的孤岛效应26
• 1.4 本文所做的主要工作26-34
• 第二章 并网系统的工作原理及理论分析34-47
• 2.1 并网系统工作原理34-36
• 2.1.1 并网系统的拓扑结构及工作原理34
• 2.1.2 主电路工作状态分析34-36
• 2.2 系统主电路参数的选择及滤波器的设计36-44
• 2.2.1 直流侧滤波器的设计36-40
• 2.2.2 交流侧滤波器的设计40-44
• 2.3 本章小结44-47
• 第三章 单相并网系统控制技术的研究47-68
• 3.1 系统相量分析47-48
• 3.2 单相并网系统的数学模型48-52
• 3.2.1 开关函数数学模型48-50
• 3.2.2 T型滤波器的数学模型分析50-52
• 3.3 基于滞环的电流跟踪设计52-55
• 3.3.1 滞环控制的基本原理52-53
• 3.3.2 滞环跟踪控制的数学分析53-55
• 3.4 基于SPWM的电流控制55-63
• 3.4.1 电网电压的前馈控制55-57
• 3.4.2 电流环的控制57-61
• 3.4.3 基于零电流跟踪误差的控制技术61-63
• 3.5 直流电压的控制63-65
• 3.6 本章小结65-68
• 第四章 基于DSP的信号处理和系统设计68-93
• 4.1 信号的检测与处理68-74
• 4.1.1 信号检测68-70
• 4.1.2 信号分析与处理70-74
• 4.2 并网系统的设计74-76
• 4.2.1 系统的结构74-75
• 4.2.2 系统的工作模式75-76
• 4.3 系统模型与仿真76-78
• 4.4 系统软件实现78-82
• 4.4.1 TMS320LF2407A功能介绍78
• 4.4.2 基于C语言和汇编语言的DSP程序设计78-82
• 4.5 太阳电池的最大功率点跟踪82-89
• 4.5.1 太阳电池的工作原理和特性曲线82-85
• 4.5.2 太阳电池的最大功率点跟踪方法的研究85-89
• 4.6 本章小结89-93
• 第五章 并网系统中孤岛效应的研究93-106
• 5.1 孤岛效应的含义93
• 5.2 孤岛效应的分析93-95
• 5.3 孤岛效应的检测与防止95-98
• 5.3.1 孤岛效应的被动检测95-97
• 5.3.2 孤岛效应的主动检测97-98
• 5.4 基于相位超前的孤岛效应研究98-103
• 5.4.1 检测方法的设计98-100
• 5.4.2 检测方法的分析100-102
• 5.4.3 任意角度超前相位的实现102-103
• 5.5 本章小结103-106
• 第六章 本地和远程监控系统设计106-115
• 6.1 监控子系统的设计106-108
• 6.1.1 功能设计106-107
• 6.1.2 结构设计107-108
• 6.2 外部电路设计108-110
• 6.2.1 键盘操作电路108-109
• 6.2.2 液晶显示电路的设计109-110
• 6.3 系统功能实现110-112
• 6.3.1 数据通讯110-111
• 6.3.2 数据存储111-112
• 6.4 上位机软件设计112-113
• 6.4.1 通信协议112
• 6.4.2 软件设计112-113
• 6.5 本章小结113-115
• 第七章 并网系统的实验结果与分析115-125
• 7.1 系统实验结果115-122
• 7.1.1 孤岛效应实验波形115-117
• 7.1.2 系统照片和运行曲线117-119
• 7.1.3 系统实验结果119-122
• 7.2 实验结果的分析与讨论122-123
• 7.3 本章小结123-125
• 第八章 总结与展望125-128
• 8.1 全文总结125-126
• 8.2 发展与展望126-128
• 作者在攻读博士学位期间发表的论文128

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