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光伏发电系统中的逆变器研究

作　者: 刘忠迪
导　师: 闫士杰
学　校: 东北大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 光伏发电双环控制解耦控制单相逆变器三相四桥臂逆变器下垂控制
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 433次
引　用: 2次
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内容摘要

在世界各国竞相发展绿色可再生能源的今天,太阳能凭其独特的优点受到了一致青睐。在太阳能的各种应用中,光伏应用备受关注。随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展,太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。独立发电(Stand-alone)系统和并网发电(Grid-connected)系统将成为光伏发电系统的主流。其中独立发电系统中逆变器的输出电压和并网发电系统中逆变器并联运行控制是两大技术难题,本文针对单相逆变器并联下垂控制和三相四桥臂带不平衡负载控制做了理论分析和仿真研究。在研究三相四桥臂逆变器输出波形控制之前,首先研究单相逆变器的控制,基于单相逆变器的研究,提出了三相四线制控制思想。针对单相逆变器控制时提出了双环控制,即外环和内环控制。外环采用两个PI控制器对幅值和相位分别进行独立控制,确保输出电压的稳态精度；内环控制加入了比例控制器,减小了滤波电感,保证电源输出的快速响应和减少了波形的畸变。利用相关函数概念,针对电压相位检测问题提出了一种新的算法。通过仿真研究表明,所提出的控制系统具有良好的动态和静态特性,在负载任意条件下都能保持输出波形的正弦度。针对三相不平衡或者非线性负载供电提出三相四桥臂逆变器。由于第四桥臂的滤波电感的耦合效应,使三相电压的控制变得十分复杂。针对该问题,本文提出了一种解耦控制策略,将滤波电感看成是电源内部的阻抗,并从改变电源内部阻抗思想出发,推导出变换关系式,使三相电压控制实现解耦。将复杂的三相电压的控制转化成单相电压控制问题。在本文研究的单相逆变器控制的基础之上我们采用了3次谐波注入法,提高了直流母线电压的利用率。同时解决了第四桥臂的电感值的选择问题。本文提出的控制算法计算简单和易于控制。通过仿真研究表明,该逆变的输出可带任意负载,且具有良好的动态特性和静态特性。在分析逆变器并联运行控制时,采用了无互联线下垂控制。利用传统的下垂控制理论控制并联逆变器之间的环流和输出有功功率、无功功率。对并联系统进行了简单的仿真研究,验证了下垂控制理论能够应用在逆变器并联控制系统中。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题研究背景  11-12
  1.2 太阳能光伏发电产业的广阔前景  12-15
    1.2.1 国外光伏发电产业的现状  12-13
    1.2.2 国内光伏发电产业的现状  13-15
  1.3 太阳能光伏发电工作原理及系统组成  15-17
    1.3.1 太阳能光伏发电的工作原理  15
    1.3.2 太阳能光伏发电系统组成  15-17
  1.4 独立光伏发电系统中的逆变器  17-18
    1.4.1 独立光伏发电系统的拓扑结构  17
    1.4.2 正弦逆变器的现状  17-18
  1.5 本文研究工作  18-19
第2章光伏发电系统中逆变器的控制策略  19-27
  2.1 并网发电系统中逆变器控制  19-22
    2.1.1 有互联线逆变器并联控制  19-20
    2.1.2 无互联线逆变器并联控制  20-22
  2.2 独立发电系统中的逆变器控制  22-27
    2.2.1 单相逆变器控制技术  22-23
    2.2.2 三相四桥臂逆变器控制技术  23-27
第3章独立发电系统中单相逆变器控制  27-45
  3.1 SPWM调制基本原理  27-31
    3.1.1 双极性SPWM调制理论  27-30
    3.1.2 双极性SPWM调制谐波分析  30-31
  3.2 电力滤波器设计  31-34
    3.2.1 理论计算  32-33
    3.2.2 分析验证  33-34
  3.3 单相SPWM逆变器双环控制策略仿真  34-45
    3.3.1 控制原理  35-36
    3.3.2 建模与仿真结果分析  36-45
第4章独立发电系统中三相四桥臂逆变器控制  45-69
  4.1 适于负载不平衡的三相逆变器  45-48
    4.1.1 Δ/Y变压器的逆变器  45
    4.1.2 中点形成变压器(NFT)式三相逆变器  45-46
    4.1.3 分裂电容式的逆变器  46-47
    4.1.4 组合式三相逆变器  47
    4.1.5 三相四桥臂逆变器  47-48
  4.2 三相四桥臂逆变器解耦控制  48-52
    4.2.1 解耦控制理论分析  48-52
    4.2.2 控制参数的选择  52
  4.3 解耦控制建模  52-57
    4.3.1 零线相建模  53-54
    4.3.2 单相控制建模  54-56
    4.3.3 SPWM波形建模  56
    4.3.4 控制系统建模  56-57
  4.4 仿真结果分析  57-69
    4.4.1 三相平衡负载  57-61
    4.4.2 三相不平衡负载  61-65
    4.4.3 突加负载  65-67
    4.4.4 结果分析  67-69
第5章并网发电系统中逆变器控制  69-83
  5.1 逆变器并联控制原理  69-74
    5.1.1 基于下垂法的同步并联  69-72
    5.1.2 下垂系数的确定  72-74
  5.2 逆变器输出功率计算  74-75
  5.3 逆变电源并联预同步实现  75-78
    5.3.1 同步信号获取  75-77
    5.3.2 数字锁相稳态分析  77-78
  5.4 系统建模与仿真分析  78-83
    5.4.1 无线并联控制算法的建模  78-79
    5.4.2 无线并联逆变器仿真模型  79-80
    5.4.3 仿真结果分析  80-83
第6章总结与展望  83-85
参考文献  85-89
致谢  89

光伏发电系统中的逆变器研究

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