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单相光伏并网逆变器的研究

作　者: 魏德冰
导　师: 石新春
学　校: 华北电力大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 光伏并网逆变器最大功率点跟踪 Boost变换器无差拍控制
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

光伏并网发电是利用太阳能的主要形式之一,而并网逆变器是整个光伏并网发电系统的核心部件,承担着交直流能量转换的重要任务。为了确保光伏并网发电的稳定性与可靠性,对光伏并网逆变器的研究尤为重要。近年来,两级式单相光伏并网逆变器以其体积小,功率转换效率高等优点,在小功率(5kW以内)单相光伏并网发电系统中得到越来越广泛的应用。本文将两级式单相光伏并网逆变器作为主要研究对象进行了以下科研工作。首先,分析了太阳能电池的基本工作原理与主要电气参数,搭建了太阳能电池的Matlab仿真模型,借助该模型详细分析了太阳能电池的输出特性曲线。结合输出特性曲线总结了传统MPPT算法的优缺点,在此基础之上,提出了一种基于Boost升压电路的最大功率点跟踪算法,用Matlab进行了仿真验证。其次,对两级式单相光伏并网逆变器的拓朴结构进行深入研究,仔细分析了主回路关键元器件上的电压、电流变化情况,并据此确定了逆变器关键元器件参数的理论计算公式。接着,制定了两级式单相光伏并网逆变器的总体控制策略,重点推导了单相全桥逆变电路的无差拍控制算法。并在此基础上搭建了逆变器的Matlab/Simulink仿真平台,仿真结果验证了该控制策略的优良性能。最后,根据本文研究成果,研制了一台2kW单相光伏并网逆变器样机,详细介绍了该样机的软硬件设计方案,并给出部分实验波形。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 背景与意义  10-12
    1.1.1 世界能源供需现状与发展趋势  10-11
    1.1.2 光伏发电是未来世界的能源支柱  11-12
  1.2 光伏发电在国内外发展状况  12-15
    1.2.1 全球累计装机容量迅猛增长  12-13
    1.2.2 光伏组件产能现状  13-14
    1.2.3 太阳能电池转换效率与太阳能发电成本  14-15
  1.3 光伏并网逆变器核心技术研究动态  15-19
    1.3.1 并网逆变器分类  15-16
    1.3.2 光伏并网逆变器拓朴结构  16-18
    1.3.3 最大功率点跟踪(MPPT)  18
    1.3.4 孤岛检测  18-19
    1.3.5 并网控制策略  19
  1.4 本文的主要工作  19-20
第2章光伏电池的伏安特性与MPPT 控制  20-31
  2.1 太阳能电池的基本原理与特性  20-25
    2.1.1 太阳能电池内的光电效应  20
    2.1.2 太阳能电池的性能参数  20-21
    2.1.3 太阳能电池的等效模型  21-23
    2.1.4 太阳能电池的 Matlab 仿真及伏安特性研究  23-25
  2.2 光伏逆变器的最大功率点跟踪技术  25-30
    2.2.1 太阳能电池的输出特性  25-27
    2.2.2 最大功率点跟踪(MPPT)的基本原理  27-28
    2.2.3 基于Boost 升压电路的最大功率点跟踪  28-30
  2.3 本章小结  30-31
第3章两级式单相光伏并网逆变器主电路研究  31-39
  3.1 两级式单相光伏并网逆变器拓朴结构  31
  3.2 Boost 升压电路分析  31-34
    3.2.1 Boost 升压电路基本工作原理  31-32
    3.2.2 储能电感工况分析  32-33
    3.2.3 输入滤波电容工况分析  33-34
    3.2.4 输出滤波电容工况分析  34
  3.3 单相全桥逆变电路分析  34-37
    3.3.1 主电路基本工作原理  34-35
    3.3.2 并网滤波电感工况分析  35-37
  3.4 2kW 光伏并网逆变器主回路参数设计  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章单相光伏并网逆变器的控制策略与仿真  39-47
  4.1 并网控制算法  39-41
    4.1.1 移相式 SPWM  39-40
    4.1.2 电流无差拍控制 PWM 算法  40-41
  4.2 并网逆变器的总体控制策略  41-42
    4.2.1 控制系统结构框图  41-42
    4.2.2 控制过程分析  42
  4.3 单相光伏并网逆变器的Matlab 仿真  42-45
  4.4 本章小结  45-47
第5章 2kW 单相光伏并网逆变器的研制  47-58
  5.1 硬件电路设计  47-52
    5.1.1 基于PS21867 的并网逆变器设计  47-49
    5.1.2 基于TMS320F2808 的并网逆变器控制系统设计  49-50
    5.1.3 采样和信号调理电路设计  50-52
  5.2 DSP 控制程序设计  52-56
    5.2.1 采样及信号处理  52-53
    5.2.2 锁相处理  53
    5.2.3 触发脉冲产生逻辑  53-54
    5.2.4 程序流程  54-56
  5.3 样机部分实验结果  56-57
    5.3.1 实验平台搭建  56
    5.3.2 实验波形  56-57
  5.4 本章小结  57-58
第6章结论与展望  58-60
  6.1 结论  58
  6.2 展望  58-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果  63-64
致谢  64-65
论文摘要  65-73

单相光伏并网逆变器的研究

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