建筑集成光伏系统的有源功率解耦方法研究

【摘要】：建筑集成光伏系统作为交流电网的辅助单元，能提高光伏系统的能效，并改善电网的电能质量。在光伏组件向交流电网传递能量的过程中，纹波功率的解耦是一项非常重要的技术。无源功率解耦方案需要采用较大容值的电解电容等器件，影响系统的可靠性。有源解耦方案采用开关器件与少量的电容以及电感来实现纹波功率的抑制，此类方案可减少电容的使用量，在体积成本以及可靠性方面具有优势。 本文首先依据元件复用型三端口变换器的组成思路，在功率传输基本单元的基础上推演出了一系列可用于功率解耦的交直流三端口变换拓扑。考虑各种光伏系统中逆变器的差异性，与之相适应的解耦方案也不同：小功率光伏逆变器的体积成本的要求高，四开关管型三端口变换拓扑适合于此应用场合；大功率光伏逆变器中，可靠性、通用性是主要考虑的因素，基于直流有源滤波器（DC APF）的功率解耦方案较为适合；源串联Y型交直流三端口变换器中功率解耦单元的电压低，适合应用于光储混合系统中。 本文提出了一种针对小功率应用的四开关管型三端口变换拓扑的双电感电流环的控制策略。解耦电容的电压带有直流偏置，其电压、电流的谐波含量丰富，功率控制较为复杂。分析拓扑的系统框图表明：选择单个占空比和占空比之差可独立控制两个端口的功率。双电感电流混合控制策略中，控制器容易设计，实现简便。在方案中引入多次谐波补偿，可达到更好的功率解耦效果。仿真与实验结果验证了所提出的方案的可行性。 为了利用源串联Y型交直流三端口变换器作为光储混合系统中的功率调节装置，本文提出了一种交直流端口直接电流控制策略。双电感电流控制方案虽然简单实用，但直流端口功率的动态调节性能不理想。直接对交直流端口进行功率控制，动稳态性能更为优越；同时，该方案不需要额外的功率计算单元，容易实现。合理地选择控制变量使得控制器设计更为简单。仿真结果验证了理论分析及控制方案的正确性。 最后，本文采用了一种基于虚拟电容的控制技术，以改善DCAPF的动稳态性能。基于DCAPF的功率解耦方案具有较好的通用性和可靠性，适用于大功率光伏系统。为了减少DC APF中的电容使用量，DC APF的动态特性是一项重要的优化指标。在基于虚拟电容的控制方案中，通过在反馈回路中引入一个积分环节，省去了低次谐波的提取过程。该控制方案可兼顾DCAPF的动稳态特性，提高系统的可靠性。相关的仿真与实验对比结果验证了所采用的控制方案具有更好的动稳态特性。 【关键词】：直流微网 建筑集成光伏系统 有源功率解耦 三端口变换器 逆变器 低频纹波抑制
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 选题背景和研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-23
• 1.3 本文研究内容23-24
• 2 交直流三端口变换拓扑以及应用场合分析24-45
• 2.1 元件复用型三端口变换器的组成原理介绍24-28
• 2.2 交直流三端口变换拓扑的推演28-39
• 2.3 应用场合分析39-44
• 2.4 本章小结44-45
• 3 小功率光伏逆变器的有源功率解耦方法45-59
• 3.1 四开关管型交直流三端口变换器45-51
• 3.2 控制技术与参数设计51-54
• 3.3 仿真与实验结果54-58
• 3.4 本章小结58-59
• 4 光储混合系统的功率解耦控制技术59-71
• 4.1 源串联 Y 型交直流三端口变换器59-64
• 4.2 调制技术与控制技术64-67
• 4.3 仿真结果67-70
• 4.4 本章小结70-71
• 5 大功率光伏逆变器的有源功率解耦方法71-86
• 5.1 DCAPF 中电容使用量及应力的分析71-75
• 5.2 基于虚拟电容的 DCAPF 控制技术75-82
• 5.3 仿真与实验结果82-85
• 5.4 本章小结85-86
• 6 全文总结与展望86-89
• 6.1 全文总结86-87
• 6.2 未来研究展望87-89
• 致谢89-90
• 主要参考文献90-97
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录97-98
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目98

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