3KW单相光伏并网逆变器的研制

【摘要】：在能源日趋枯竭、环境污染日益严重的背景下,光伏发电技术越来越受到人们重视。在整个光伏发电系统中,光伏并网逆变器是实现能量转换及控制的核心,其性能很大程度上决定着系统的稳定性及效率,因此光伏并网逆变器的研制极其重要。 本文设计了一种3KW单相光伏并网逆变器,采用两级式非隔离结构,前级采用Boost变换器完成直流侧光伏阵列输出电压的升压功能以及系统的最大功率点跟踪(MPPT),后级采用经典的单相全桥逆变器,完成并网逆变功能。本文对光伏并网控制策略进行了比较与分析,并对系统各个部分进行设计,包括升压、逆变及滤波部分。系统采用TI公司的TMS320F2808芯片来进行控制,包括MPPT控制,直流母线控制和升压及逆变的脉宽控制等。 本文对光伏电池的最大功率点跟踪技术也进行了研究,在比较了几种常用的MPPT算法后,提出了改进变步长的扰动观测法,并用Simulink仿真验证其有效性。本文还提出了基于模糊控制和神经网络的MPPT控制方法,并对扰动观测法的振荡和误判进行分析,提出了基于功率预测的MPPT控制方法。本文还对光伏并网系统的孤岛效应检测方法进行了研究,提出了双向周期扰动的主动频移法,同样通过仿真证明其可行性。 通过本文的理论研究,对3KW单相光伏并网逆变器进行了硬件与软件的设计,并最终研制出了样机。样机结果表明,采用本文的系统设计与控制策略,能够得到高质量的并网电流,并且欧洲效率、THD等各个指标也满足系统要求。 【关键词】：光伏发电 单相并网逆变器 最大功率点跟踪 孤岛效应
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-22
• 1.1 太阳能发电概况15-16
• 1.1.1 太阳能发电的背景15
• 1.1.2 太阳能发电的优势15-16
• 1.2 国内外太阳能发电发展现状16-17
• 1.3 光伏并网系统简介17-19
• 1.4 光伏并网逆变器简介19-20
• 1.5 本文研究内容20-21
• 1.6 本章小结21-22
• 第2章 光伏并网系统设计22-36
• 2.1 系统框图22
• 2.2 系统控制策略研究22-26
• 2.2.1 并网逆变器控制方案22-23
• 2.2.2 电流跟踪控制方式研究23-24
• 2.2.3 SPWM技术24-26
• 2.3 系统各部分设计26-30
• 2.3.1 升压部分设计26-27
• 2.3.2 逆变部分设计27-28
• 2.3.3 LC滤波器设计28-30
• 2.4 系统控制数学模型30-33
• 2.4.1 电流环设计30-32
• 2.4.2 电压环设计32-33
• 2.5 并网系统仿真33-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第3章 光伏电池最大功率点跟踪技术36-52
• 3.1 光伏电池特性36-38
• 3.1.1 光伏电池的数学模型36-37
• 3.1.2 光伏电池的仿真37-38
• 3.2 几种常见最大功率点跟踪方法38-39
• 3.2.1 恒电压跟踪法38
• 3.2.2 电导增量法38-39
• 3.2.3 扰动观测法39
• 3.3 改进的MPPT算法39-47
• 3.3.1 变步长的扰动观测法39-41
• 3.3.2 改进的变步长算法41-42
• 3.3.3 基于模糊控制的MPPT控制42-45
• 3.3.4 基于神经网络的MPPT控制45-47
• 3.4 扰动观测法的振荡与误判分析47-50
• 3.4.1 扰动观测法振荡分析47-48
• 3.4.2 扰动观测法误判分析48-49
• 3.4.3 易于功率预测的扰动观测法49-50
• 3.5 单级式系统的MPPT控制50-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第4章 光伏并网系统的孤岛效应与检测52-62
• 4.1 孤岛效应的原理、危害及检测标准52-53
• 4.1.1 孤岛效应的原理52
• 4.1.2 孤岛效应的危害52-53
• 4.1.3 孤岛效应的检测标准53
• 4.2 孤岛效应常用检测方法与改进53-57
• 4.2.1 被动式检测方法53-54
• 4.2.2 主动式检测方法54-56
• 4.2.3 负载性质对主动频移法的影响56-57
• 4.2.4 双向周期扰动的主动频移法57
• 4.3 孤岛检测仿真与分析57-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第5章 光伏并网系统硬软件设计62-70
• 5.1 系统硬件设计62-66
• 5.1.1 TMS320F2808简介62-63
• 5.1.2 控制硬件框图63
• 5.1.3 ADC模块63-65
• 5.1.4 IGBT模块65-66
• 5.2 系统软件设计66-69
• 5.2.1 主程序设计66-67
• 5.2.2 各模块功能介绍67-68
• 5.2.3 锁相环68-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 样机与实验结果分析70-74
• 6.1 辅助设备仪器介绍70
• 6.2 样机及实验波形70-72
• 6.3 其他数据分析72-73
• 6.4 本章小结73-74
• 第7章 总结与展望74-76
• 7.1 本文总结74
• 7.2 不足与展望74-76
• 参考文献76-79
• 附录79-80
• 致谢80

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