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10kW单相光伏并网逆变系统及控制技术研究

作　者: 唐明
导　师: 龚淑秋
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 光伏发电逆变器并网运行 IGBT 最大功率点跟踪
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

太阳能作为一种可再生能源,是最有潜力的替代能源之一,是人类可以直接使用的清洁能源,而我国又是世界上太阳能资源最为丰富的国家之一,因此,在能源危机日益严重的今天,研究电力电子装置效率、改善其输出特性,开发和利用太阳能具有重大的战略意义。本文设计构建了太阳能并网逆变系统,并从最大功率点跟踪和逆变器的驱动、系统参数计算与控制器设计三个方面进行了深入研究。针对传统光伏逆变器体系结构存在着成本高、可靠性差和热斑现象等不足,本文提出了一种并联多支路的光伏逆变器结构,前级采用boost电路升压,可完成光伏电池最大功率点跟踪,后级逆变环节采用全桥逆变电路,输出级采用工频隔离变压器来实现电气隔离,从而实现了光伏电能输入,标准市电输出,克服了传统光伏逆变系统的一些不足。除此之外,本文还在如下环节做了较详细的研究:(1)DC/DC电路拓扑与控制器设计。主电路采用超级电容与boost升压电路组合的形式。以多晶硅太阳能电池板输出侧的电压与电流作为控制变量,在保证boost电路直流母线电压为500V的前提下,以最大功率作为的控制目标,采用变步长扰动观测算法实现最大功率点跟踪,极大限度的提高太阳能的利用率。(2)大功率DC/AC并网逆变器主电路拓扑及其控制器设计。DC/AC主电路采用电压型全桥逆变结构,功率器件使用IGBT模块或同等功率的IGBT单管,应用SPWM控制方式。采用dsPIC30F5015作为控制器主控芯片,完成了主控制器的设计,并对主逆变缓冲电路和输出侧滤波器进行了详细的参数计算。根据简单、鲁棒的原则,采用PID算法有效地稳定了直流母线电压同时调节了并网功率因数;采用被动孤岛检测法与主动孤岛检测法结合来防止孤岛效应。本文作者设计了10kW光伏并网逆变系统,并相应制作了小容量的逆变器闭环装置和大量仿真实验。通过对整个系统的理论分析和仿真结果证明,该系统设计方案是光伏并网发电领域的高效可行的较佳方案,具有不可估量的理论意义和经济意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-18
  1.1 课题的研究背景  11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 国外光伏并网发电的现状和趋势  11-13
    1.2.2 国内光伏并网发电的现状和趋势  13-16
  1.3 本课题的主要研究内容  16-18
第二章光伏并网发电系统的体系结构  18-21
  2.1 集中式结构  18
  2.2 交流模块式结构  18-19
  2.3 串联式结构  19
  2.4 并联多支路结构  19-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章功率输入侧直流斩波升压系统设计  21-33
  3.1 直流斩波升压系统概述  21
  3.2 直流斩波升压系统性能要求  21-25
    3.2.1 太阳能电池物理特性分析  21-23
    3.2.2 本设计采用的变步长扰动观测法  23-25
  3.3 系统设计及理论分析  25-32
    3.3.1 IGBT驱动电路和缓冲电路  25-30
    3.3.2 功率器件的损耗与仿真分析  30-32
  3.4 本章小结  32-33
第四章并网逆变系统设计  33-45
  4.1 并网逆变系统概述  33-34
  4.2 系统设计及理论分析  34-40
    4.2.1 输出侧滤波电路  34-39
    4.2.2 缓冲电路  39-40
  4.3 系统测试  40-44
  4.4 本章小结  44-45
第五章采样检测系统设计  45-51
  5.1 太阳能电池输出功率测量  45-46
    5.1.1 直流电压测量  45-46
    5.1.2 直流电流测量  46
  5.2 输出侧电压幅值与相位检测  46-48
    5.2.1 交流电压幅值测量  46-47
    5.2.2 交流电压相位检测  47-48
  5.3 输出侧电流幅值与相位检测  48-50
    5.3.1 交流电流幅值测量  48-49
    5.3.2 交流电流相位检测  49-50
  5.4 本章小结  50-51
第六章并网光伏发电系统的孤岛效应及反孤岛策略  51-57
  6.1 孤岛效应概述  51-53
    6.1.1 含义  51-52
    6.1.2 孤岛效应的危害  52
    6.1.3 孤岛效应的相关标准  52-53
  6.2 孤岛效应的检测方法  53-55
    6.2.1 被动孤岛检测方法  54
    6.2.2 主动孤岛检测方法  54
    6.2.3 基于通讯的反孤岛方法  54-55
  6.3 本设计采用的孤岛检测方法  55
  6.4 本章小结  55-57
第七章微控制器选型及控制策略设计  57-71
  7.1 微控制器选型  57-58
  7.2 控制策略设计  58-67
    7.2.1 控制要求  58-59
    7.2.2 boost升压电路控制策略  59-62
    7.2.3 并网逆变器控制策略  62-67
  7.3 系统整体结构和控制流程  67-70
    7.3.1 系统整体结构  67-68
    7.3.2 控制流程  68-70
  7.4 本章小结  70-71
第八章结论  71-72
参考文献  72-74
附录A 实际研制的PCB板  74-75
在学研究成果  75-76
致谢  76

10kW单相光伏并网逆变系统及控制技术研究

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