三相光伏并网逆变器控制策略研究

【摘要】：随着世界能源紧张和环境污染的加剧，可再生资源的利用备受瞩目。目前，太阳能利用主要有两种形式：热利用和光伏发电利用。其中，隶属于发电利用的光伏并网是太阳能利用的发展趋势，它将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，是采用太阳电池将光能转换为电能的发电方式。太阳能光伏发电不受能源资源、原材料和应用环境的限制，并且随着技术的不断进步，具有广阔的发展前景，是各国着力发展的可再生能源技术之一。光伏并网逆变器是光伏并网系统能量转换与控制的核心，其性能不仅影响和决定了整个光伏并网系统是否能够稳定、安全、可靠、高效地运行，同时也影响整个系统使用寿命。在光伏并网发电系统中，对电网的跟踪控制直接关系到输出的电能质量和系统的运行效率，是系统的核心和技术关键。随着技术的不断进步,逆变器越来越倾向于小体积、高效率、低损耗、综合化、智能化。 光伏并网逆变器组成结构多种多样，本文根据有无变压器对光伏并网逆变器进行分类，对其典型的拓扑结构进行分析，根据拓扑结构的特点，本文选取三相工频隔离型光伏并网逆变器作为研究对象，分析了两种常用控制方式：基于电网电压定向的矢量控制和基于电网电压定向的直接功率控制。 基于电网电压定向的矢量控制实质上是一种电流矢量控制方式，电流控制器是该控制方式的关键技术之一。本文分析了两种电流控制器：PI控制器和准谐振控制器。基于电网电压定向的直接功率控制实质上是分别对瞬时有功功率p和无功功率q进行控制，从而取得快速的功率响应。本文分别对两种控制方式进行了Matlab仿真，并对仿真结果进行了理论分析，分析结果表明准谐振控制器能够准确跟踪正弦波电流给定量，并且能够有效抑制并网电流中的谐波电流分量，改善并网电能质量。 锁相环的性能直接影响控制系统的稳定，本文分析了一种基于(d,q)坐标系统下三相软件锁相环，对其进行Matlab仿真，分析结果表明基于(d,q)坐标系统下三相软件锁相环能够准确跟踪电网电压相位，并取得快速的相位角响应。 基于以上控制方式本文设计了一套软件控制系统，并且进行控制电路设计以及主电路参数设计，搭载了一套三相工频隔离型光伏并网逆变器实验装置，通过对实验结果分析，验证了仿真结果的正确性。 【关键词】：并网逆变器 电流矢量控制 直接功率控制 软件锁相环
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.2 光伏并网逆变器组成结构及其分类12-14
• 1.2.1 光伏并网逆变器组成结构12
• 1.2.2 光伏并网逆变器的分类12-14
• 1.3 光伏并网控制技术研究现状14-17
• 1.3.1 光伏并网控制技术分类14-17
• 1.3.2 各国光伏并网控制技术发展17
• 1.4 论文研究主要内容17-19
• 第2章 三相光伏并网逆变器理论基础19-28
• 2.1 光伏并网逆变器并网控制技术19
• 2.2 (a,b,c)坐标系统到(d,q)和(α,β)坐标系统变换19-22
• 2.2.1 (a,b,c)坐标系统到(d,q)坐标系统变换19-21
• 2.2.2 (a,b,c)坐标系统到(α,β)坐标系统变换21-22
• 2.3 三相光伏并网逆变器主电路拓扑结构以及矢量数学描述22-24
• 2.3.1 三相光伏并网逆变器主电路拓扑结构22
• 2.3.2 三相光伏并网逆变器矢量数学描述22-24
• 2.4 空间矢量脉宽调制的基本原理以及实现24-26
• 2.4.1 空间矢量脉宽调制的基本原理24-25
• 2.4.2 基于 Simulink 的空间矢量脉宽调制仿真25-26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 三相光伏并网逆变器控制策略28-53
• 3.1 基于电网电压定向的矢量控制理论28-40
• 3.1.1 电网电压定向的矢量控制基本原理29-30
• 3.1.2 基于 PI 控制器电流控制理论30-33
• 3.1.3 基于准谐振控制器电流控制理论33-36
• 3.1.4 基于 Simulink 的 PI 控制器控制系统仿真36-38
• 3.1.5 基于 Simulink 的准谐振控制器控制系统仿真38-40
• 3.2 基于电网电压定向的直接功率控制理论40-47
• 3.2.1 瞬时功率的计算41-42
• 3.2.2 三相静止(a,b,c)坐标系统下瞬时功率的计算42-44
• 3.2.3 电网电压定向的直接功率控制基本原理44-46
• 3.2.4 基于 Simulink 的直接功率控制系统仿真46-47
• 3.3 基于(d,q)坐标系统下三相软件锁相环设计47-52
• 3.3.1 软件锁相环基本原理48-49
• 3.3.2 (d,q)坐标系统下三相软件锁相环基本原理49-50
• 3.3.3 基于 Simulink 的三相软件锁相环仿真50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 三相光伏并网逆变器系统设计53-64
• 4.1 三相光伏并网逆变器总体电路设计53-60
• 4.1.1 驱动隔离电路设计54-55
• 4.1.2 AD 采样电路设计55-57
• 4.1.3 短路保护电路设计57
• 4.1.4 直流母线电容设计57-58
• 4.1.5 交流滤波器设计58-60
• 4.2 三相光伏并网逆变器系统软件设计60-63
• 4.2.1 软件总体控制流程60-62
• 4.2.2 控制器算法流程62-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第5章 实验结果分析64-70
• 5.1 实验结果分析64-69
• 5.2 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果74-75
• 致谢75

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