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基于级联多电平逆变器光伏并网系统的研究

作　者: 王培
导　师: 钟德刚
学　校: 浙江工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 光伏并网系统最大功率跟踪级联多电平逆变器 CCDPWM DSP
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

太阳能作为一种无污染的、资源充足的绿色可再生能源,已成为人类开发利用的焦点。光伏并网发电技术能够使太阳能转换成可并网的电能,是当今世界光伏发电的发展趋势。本文分析了国内外光伏发电的研究现状和发展前景,比较了光伏并网逆变器的各种主电路拓扑结构和控制策略,在此基础上选择基于级联多电平逆变器的光伏并网系统作为研究对象,并对此系统的最大功率点跟踪、级联逆变器的控制策略、孤岛效应检测方法等进行深入研究。本文的创新点是针对光伏并网系统的级联多电平逆变器提出周期循环载波层叠PWM(CCDPWM)控制方法,这种控制法不仅能够降低输出电压的谐波含量,且避免了普通载波层叠控制引起的单元输出功率不平衡的问题。本文的主要工作和成果如下:(1)在分析光伏电池阵列伏安特性和最大功率点跟踪控制方法的基础上,重点研究了电导增量法,并提出适合基于级联多电平逆变器光伏并网系统的多DC/DC电路结构。(2)研究级联多电平逆变器的拓扑结构和控制策略,在此基础上本文提出周期循环载波层叠PWM (CCDPWM)控制方式,并对CCDPWM控制方式进行Matlab/Simulink仿真,结果表明这种方法能够降低输出电压谐波含量并且避免了普通载波层叠控制引起的单元输出功率不平衡的问题。(3)由于两级光伏并网系统的结构特点和级联多电平逆变器的特性,基于11电平级联逆变器的光伏并网系统采用了改进的双环控制,即电流内环、电压外环与多MPPT控制相结合的控制方式。这种控制方式能够降低输出电流的谐波,且能使输出电流与电网电压同频同相。(4)本文采用TMS320F2812作为主控制芯片,但是因其只能产生16路PWM控制波,不能满足光伏并网系统中11电平级联逆变器的需要,所以本文采用DSP和FPGA相结合的方式来提供多路PWM控制波,并设计了周期循环载波层叠控制方式的软件方案。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题背景介绍  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-20
    1.2.1 光伏发电系统的分类  11-14
    1.2.2 光伏并网发电系统结构的发展  14-15
    1.2.3 光伏并网系统中逆变器拓扑结构的发展  15-17
    1.2.4 最大功率点跟踪的策略  17-18
    1.2.5 孤岛检测方法  18-20
  1.3 论文研究的主要内容  20-21
第2章光伏电池的特性及最大功率点跟踪  21-34
  2.1 光伏电池的基本原理及其特性  21-26
    2.1.1 光伏效应  21
    2.1.2 光伏电池的数学模型  21-22
    2.1.3 光伏电池的重要参数  22-23
    2.1.4 光伏电池特性曲线  23-24
    2.1.5 光伏电池的仿真  24-26
  2.2 最大功率点跟踪(MPPT)的策略及仿真  26-30
    2.2.1 最大功率点跟踪的策略  26-28
    2.2.2 基于电导增量法的最大功率点跟踪的仿真  28-30
  2.3 DC/DC电路分析  30-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章光伏并网发电系统中多电平逆变器的结构及控制方法  34-56
  3.1 多电平光伏并网逆变器  34-38
    3.1.1 二极管钳位型逆变器  34-35
    3.1.2 磁耦合型多电平逆变器  35-36
    3.1.3 飞跨式电容型逆变器  36-37
    3.1.4 H桥级联多电平逆变器  37-38
  3.2 级联逆变器的控制技术  38-43
    3.2.1 阶梯波脉宽调制技术(PSM)  38-39
    3.2.2 电压空间矢量控制法(SVPWM)  39-40
    3.2.3 载波移相控制法(PSPWM)  40-41
    3.2.4 载波层叠控制法(CDPWM)  41-43
  3.3 周期循环载波层叠控制方法(CCDPWM)的原理  43-45
  3.4 周期循环载波层叠控制方法(CCDPWM)的仿真  45-55
    3.4.1 载波层叠控制方法(CDPWM)的仿真  45-48
    3.4.2 周期载波循环控制方法CCDPWM的仿真  48-50
    3.4.3 CCDPWM在不同调制比下的仿真  50-53
    3.4.4 CCDPWM在不同载波比下的仿真  53-55
  3.5 本章小结  55-56
第4章基于CCDPWM级联逆变器的光伏并网发电系统  56-66
  4.1 基于CCDPWM级联逆变器的光伏并网系统的结构  56-57
  4.2 基于CCDPWM级联逆变器的光伏并网系统控制方案  57-58
  4.3 电流内环的设计及其仿真分析  58-64
    4.3.1 电流内环的数学建模  58-59
    4.3.2 电网电压前馈补偿  59-60
    4.3.3 内环PI控制器  60-61
    4.3.4 电流内环控制策略的仿真  61-64
  4.4 电压外环设计  64-65
    4.4.1 电压外环数学模型及PI参数设计  64
    4.4.2 光伏并网系统的仿真  64-65
  4.5 本章小结  65-66
第5章基于CCDPWM级联逆变器光伏并网发电系统的设计方案  66-74
  5.1 控制芯片的选择  66-67
  5.2 信号的检测电路及驱动电路  67-68
  5.3 PWM控制信号的产生  68-69
  5.4 基于DSP的锁相控制技术  69-70
    5.4.1 琐相环(PLL)的基本原理  69
    5.4.2 光伏并网系统中数字琐相的设计方案  69-70
  5.5 孤岛效应  70-73
    5.5.1 孤岛效应的特性分析  70-71
    5.5.2 孤岛检测设计方案  71-73
  5.6 本章小结  73-74
第6章总结和展望  74-76
  6.1 总结  74-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
攻读学位期间参加的科研项目和成果  81

基于级联多电平逆变器光伏并网系统的研究

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