光伏并网系统中串联型功率优化器结构和控制策略研究

【摘要】：环境污染问题日益严重,能源危机也长久困扰着人类社会,这些都使得新能源产业有着巨大的发展潜力。串联型功率优化器结构的光伏并网系统中,每一块光伏组件都与一台功率优化器相连,优化器的输出端串联形成直流母线,集中式逆变器将直流母线上的能量传输给电网。该结构能够有效利用每一台组件的能量,且具有高效、模块化的特点,十分符合分布式光伏系统的要求,成为了近年来的研究热点。本文深入分析、研究了串联型功率优化器结构及其控制策略。 第一章介绍了光伏并网系统的应用背景与发展方向,对前人工作进行了简要分析与总结,在此基础上提出了一些自己的看法。 本文第二章深入分析了串联型功率优化器结构的工作状态,即后级集中式逆变器平衡两级之间的能量平衡,维持直流母线电压,不需要最大功率点跟踪的功能；前级功率优化器完成每台组件的最大功率点跟踪,解决了由部分遮挡带来的热斑效应及功率损失问题。基于此,选取了级联型Buck-Boost电路作为功率优化器的主功率拓扑,完成了电路参数设计、小信号分析及双环控制器的设计。 论文第三章在光伏系统并网漏电流问题分析的基础上,选取了可以有效抑制共模漏电流的并联双Buck电路作为集中式逆变器的拓扑,采用输入电压外环与输出电流内环的双环控制策略。论文选用电压环纹波补偿控制的方法抵消直流母线纹波对控制环路的影响,减小了输出电流的THD与母线电容。最后通过实验验证了逆变器的可靠运行与控制方法的有效性。 第四章分析了串联型优化器结构的控制策略,采用直流母线电压固定与直流母线电压可变两种控制方法,在无需使用模块间通讯的前提下,实现了系统的稳定控制。文章提出了功率优化器暂停-启动的控制策略,实现了系统的稳定启动与保护。在前面分析的基础上,提出了部分接入功率优化器的串联型系统结构,降低了系统成本,维持了系统的能量输出。最后通过系统的仿真与实验,验证了提出的控制策略。 【关键词】：光伏并网 串联 功率优化器 逆变器
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-25
• 1.1 课题的研究背景8-13
• 1.1.1 世界能源现状综述8-10
• 1.1.2 光伏电池特性10-12
• 1.1.3 阴影条件下光伏阵列输出特性12-13
• 1.2 光伏系统结构与分析13-18
• 1.2.1 并网光伏系统13-16
• 1.2.2 功率优化器结构光伏并网系统的市场分析与发展趋势16-18
• 1.3 基于功率优化器的光伏并网系统研究现状18-23
• 1.3.1 功率优化器的拓扑和控制策略18-20
• 1.3.2 并网逆变器的拓扑和控制策略20-23
• 1.4 本文的选题意义及主要研究内容23-25
• 第二章 串联型光伏并网系统中的功率优化器及其控制策略25-40
• 2.1 基于串联型功率优化器的光伏并网系统概述25-26
• 2.2 功率优化器的工作状态26-30
• 2.2.1 功率优化器的拓扑26-28
• 2.2.2 功率优化器参数设计28-30
• 2.3 功率优化器的控制策略30-39
• 2.3.1 功率优化器小信号模型30-31
• 2.3.2 Boost/Buck模式的控制器设计31-36
• 2.3.3 模式切换及保护策略36-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 串联型光伏并网系统中的逆变电路及其控制策略40-50
• 3.1 逆变电路拓扑40-43
• 3.2 逆变电路的控制策略43-49
• 3.2.1 逆变电路的控制43-45
• 3.2.2 电压环纹波补偿控制45-46
• 3.2.3 实验结果46-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 基于串联型功率优化器的光伏并网系统控制策略50-69
• 4.1 基于功率优化器的光伏并网系统控制策略概述50-51
• 4.2 系统控制策略设计51-59
• 4.2.1 固定直流母线电压51-54
• 4.2.2 系统的启动与保护策略54-57
• 4.2.3 可变直流母线电压57-58
• 4.2.4 部分接功率优化器的串联型光伏并网系统控制58-59
• 4.3 仿真与实验结果59-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 参考文献71-79
• 攻读硕士学位期间取得的成果79-80
• 致谢80

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