单相并网光伏逆变器的研究

【摘要】：社会的发展离不开能源的支持,在此背景下,光伏发电逐渐影响能源需求的分配。作为光伏发电系统重要的组成部分——光伏并网逆变器,其性能的优劣将直接影响光伏发电的效率及电能质量。本文以光伏并网逆变器为研究对象,研究目标是减少能量损失、提高光伏发电效率及质量。本文设计了功率为5.5k W的单相并网光伏逆变器,采用两级非隔离式拓扑结构,前级采用Boost电路实现光伏电池输出电压的升降及最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT),第二级采用全桥逆变电路完成能量转变及并网。本文采用电压电流瞬时值反馈的双环控制策略,采用逆变输出电能质量更高的单极性SPWM调制方式,建立双环控制模型,设计出各环路的补偿器,针对光伏电池输出功率突变加入功率前馈,提高系统动态响应;并对直流母线电压上的二次纹波加入补偿用以抵消波动对电流的影响,提高逆变器输出电流质量。本文对光伏电池MPPT控制策略也进行了深入研究,在分析对比几种传统的MPPT算法后,针对其跟踪过程出现的能量损失,提出了变系数的设定参考初值MPPT算法,通过MATLAB验证其有效性,此方法提高了能源利用率。本文对并网逆变器常用孤岛检测方法进行了仿真,通过对主动频移法、主动移相法及低频相位扰动法仿真结果分析后,采用检测盲区小、检测速度快、电流总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)小的孤岛检测方法。通过本文的理论研究,对5.5k W单相并网光伏逆变器进行系统设计,搭建硬件实验平台,实验中采用本论文中设计方法,验证本文所提MPPT算法的高效性及孤岛检测方法的可靠性。 【关键词】：光伏并网逆变器 MPPT 双环控制 孤岛检测
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题研究的背景和意义8-9
• 1.2 课题相关内容的研究状况9-14
• 1.2.1 单相光伏发电系统结构研究现状9-11
• 1.2.2 最大功率点跟踪方法的研究现状11-12
• 1.2.3 单相并网逆变系统控制策略的研究现状12-13
• 1.2.4 孤岛检测方法的研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究的内容14-15
• 第2章 并网逆变器MPPT控制策略研究15-27
• 2.1 引言15
• 2.2 光伏电池MPPT数学模型的分析15-20
• 2.2.1 光伏电池输出特性15-16
• 2.2.2 MPPT原理分析16-17
• 2.2.3 前级Boost数学模型的研究17-20
• 2.3 传统MPPT算法的分析及仿真20-24
• 2.3.1 扰动观察法定步长及变步长MPPT仿真20-22
• 2.3.2 电导增量法定步长及变步长MPPT仿真22-24
• 2.4 MPPT算法的研究改进24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 并网逆变器模型及控制策略的研究27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 光伏并网逆变器整体控制策略27
• 3.3 并网逆变器电流内环的研究与设计27-31
• 3.3.1 电流内环数学模型27-28
• 3.3.2 电流环参数设计及补偿前后特性分析28-31
• 3.4 并网光伏逆变器电压外环的研究与设计31-36
• 3.4.1 电压外环数学模型31-33
• 3.4.2 电压环参数设计及补偿前后特性分析33-34
• 3.4.3 并网光伏逆变器系统整体仿真及结果分析34-36
• 3.5 光伏并网逆变器控制策略的改进36-40
• 3.5.1 关于光伏逆变器系统动态性能的改进36-39
• 3.5.2 关于直流母线电压二次谐波的补偿39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 并网逆变器孤岛效应及检测方法的研究41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 孤岛检测原理及检测标准41-43
• 4.2.1 孤岛检测原理分析41-43
• 4.2.2 孤岛检测标准43
• 4.3 孤岛检测方法的研究43-51
• 4.3.1 正反馈主动频移法及仿真43-47
• 4.3.2 主动移相法及仿真47-49
• 4.3.3 低频相位扰动法及仿真49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 光伏并网逆变器系统设计及实验52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 光伏逆变系统设计52-53
• 5.2.1 并网逆变系统拓扑结构的选择52
• 5.2.2 调制方式的选择52-53
• 5.3 光伏并网逆变系统参数计算53-56
• 5.3.1 Boost电感及母线电容的分析与设计53-54
• 5.3.2 滤波器分析与设计54-56
• 5.4 实验分析56-59
• 5.4.1 并网逆变器满载实验56-57
• 5.4.2 功率突变实验57
• 5.4.3 并网逆变器孤岛检测实验57-59
• 5.4.4 并网逆变器效率测试实验59
• 5.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 致谢66

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