微网中光伏逆变器并联技术研究

【摘要】：随着能源储量的剧减、电力需求的不断增长以及负荷对供电可靠性和安全性要求的日益增加，新能源发电技术与分布式发电系统逐渐成为了研究热点。而在以分布式发电为主的微网系统中，逆变器并联技术在提升系统功率密度以及增强系统可靠性方面都有着独特的优势，因此被广泛应用。本文以提升微网系统供电容量与供电可靠性为目的，针对光伏逆变器并联系统展开研究。 通过对常用逆变器拓扑结构进行对比分析，选择了一种适用于光伏系统的前级Boost升压电路后级全桥逆变的主电路拓扑结构，并建立了全桥逆变电路的等效模型。同时针对基于电感电流瞬时值的电压电流双环控制策略，给出了合理的闭环调节器设计方法。最后通过仿真分析验证了所设计逆变器的稳定性与可靠性。 基于光伏逆变单元模块的分析，提出了逆变器并联系统的整体控制方案。通过对逆变器并联系统的环流分析，改进了传统的只适用于逆变器间等效阻抗为纯感性时的下垂控制方法。通过分析并联系统的小信号模型以及绘制系统的根轨迹，设计了合理的下垂系数以保证系统的稳定运行与快速响应。在此并联控制方案的基础上增加了基于虚拟阻抗环的均流控制环节，并分析了虚拟阻抗的引入对逆变器非理想因素所引起环流的抑制效果，包括由逆变器等效阻抗差异引起的环流以及由死区差异引起的环流。最后，通过MATLAB/Simulink仿真分析验证了基于虚拟阻抗的均流控制方法的正确性及可行性。 完成了无互连线光伏逆变器并联系统的整体结构以及系统软硬件的设计，并搭建了由两台1kW光伏逆变器组成的系统实验平台，通过实验最终验证了本文所设计并联系统的控制方案能够实现系统的稳定与可靠运行。 【关键词】：逆变器并联 双环控制 下垂控制 小信号建模 虚拟阻抗
【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】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 太阳能光伏发电的发展现状9-10
• 1.3 逆变技术发展现状10-11
• 1.4 逆变器并联控制的研究现状11-16
• 1.4.1 逆变器并联技术的关键问题11-12
• 1.4.2 并联控制方法现状12-15
• 1.4.3 逆变器并联技术的发展趋势15-16
• 1.5 本文主要研究内容16-17
• 第2章 逆变器并联系统的单元模块分析17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 逆变器控制技术分析17-19
• 2.2.1 PWM 逆变电路及其调制方式17-19
• 2.2.2 SPWM 波生成原理19
• 2.3 光伏逆变器主电路拓扑及等效模型19-21
• 2.3.1 主电路拓扑结构19-20
• 2.3.2 逆变电路的等效模型20-21
• 2.4 双闭环控制的逆变系统分析21-24
• 2.4.1 电压电流双闭环控制的性能优点21-22
• 2.4.2 电压电流双闭环控制原理22-23
• 2.4.3 电流内环 PI 控制23-24
• 2.4.4 电压外环 PI 控制24
• 2.5 单台逆变器的仿真研究24-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 逆变器并联系统的整体设计方案27-42
• 3.1 引言27
• 3.2 逆变器并联运行的基本原理27
• 3.3 逆变器并联系统的等效模型27-28
• 3.4 并联系统的环流分析28-33
• 3.4.1 环流产生原因28-29
• 3.4.2 输出电压差异对环流的影响29-32
• 3.4.3 连线阻抗差异对环流的影响32-33
• 3.5 基于下垂法的逆变器并联方案33-41
• 3.5.1 传统的下垂控制法基本原理33-35
• 3.5.2 改进的下垂控制法35-36
• 3.5.3 并联系统的小信号建模分析36-39
• 3.5.4 下垂系数的设计39-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 基于虚拟阻抗的均流控制方法42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 逆变器并联系统整体控制策略42-43
• 4.3 逆变器输出阻抗分析43-44
• 4.4 基于虚拟阻抗的均流控制44-50
• 4.4.1 虚拟阻抗法的基本原理44-46
• 4.4.2 虚拟阻抗对环流的影响46-50
• 4.5 系统仿真分析50-53
• 4.5.1 基本下垂法的并联仿真50-51
• 4.5.2 加入虚拟阻抗的并联仿真51-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第5章 无互连线光伏逆变器并联系统的实现54-65
• 5.1 光伏逆变单元整体结构设计54
• 5.2 光伏逆变单元硬件电路设计54-59
• 5.2.1 主电路器件的选择54-56
• 5.2.2 控制电路设计56-59
• 5.3 光伏逆变单元软件设计59-62
• 5.3.1 采样中断子程序59-60
• 5.3.2 捕捉中断和定时器比较中断子程序60-61
• 5.3.3 保护中断子程序61-62
• 5.4 实验结果与分析62-64
• 5.4.1 锁相电路与驱动电路调试62-63
• 5.4.2 光伏逆变单元单机测试63
• 5.4.3 光伏逆变单元并联测试63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70-72
• 致谢72

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