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光伏并网逆变器的研究及可靠性分析

作　者: 尹静
导　师: 张庆范
学　校: 山东大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 光伏并网发电系统逆变器孤岛效应 DSP 可靠性分析
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着环境污染和能源短缺问题的日趋严重,寻找一种储备大、无污染的新能源已经上升到世界各国的议事日程。太阳能作为当今最理想环保的能源之一,已经得到了人类越来越广泛的应用。本文以光伏(Photovoltaic-PV)并网发电系统为研究对象,以最大限度利用太阳能、无污染回馈电网为主要目标,开展了光伏并网发电系统的理论研究和仿真,具有重要的现实意义。光伏并网逆变器是光伏并网发电系统中必不可少的设备之一,其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个光伏发电系统的性能和投资。本文主要研究适用于并网型光伏发电系统的逆变器。本文以一个完整的光伏并网发电系统为研究对象,重点对单相光伏并网系统进行了全面的分析,并从并网系统的主电路拓扑、控制策略、孤岛效应以及系统的可靠性分析几个方面做了详细的分析和仿真实验。首先,介绍了国内外光伏并网发电产业的现状,并对光伏并网发电系统的组成结构、优缺点、发展趋势及光伏并网发电系统对逆变器的要求做了简单介绍,对光伏并网发电系统建立了总体认识。其次,讨论研究了逆变器主电路的拓扑形式,并根据实际情况,选择了无变压器的两级结构,即前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器,两部分通过DClink连接。前级的DC/DC模块采用Boost拓扑结构,后级的DC/AC逆变器采用逆变全桥实现逆变,向电网输送功率。讨论确定了逆变器输出电流的控制方式,并最终确定了光伏并网发电系统的总体方案。高性能的数字信号处理器芯片(Digital Signal Processor-DSP)的出现,使得一些先进的控制策略应用于光伏并网的控制成为可能。本文以TI公司的数字信号处理器芯片TMS320F2812为核心,设计了控制电路并给出了驱动电路、保护电路的设计以及系统的电磁兼容设计思想。应用MATLAB/Simulink中的工具箱搭建了整个电路模型,进行了仿真实验研究。再次,我们已经知道孤岛效应问题关系到光伏并网发电系统的安全问题。本文分析了孤岛效应产生的原因、对电网的危害和目前各种常用的被动和主动及外部孤岛效应的检测方法。根据本文涉及的光伏并网发电系统的特点,采用了电压前馈正反馈检测孤岛的方法,然后详细介绍了该方法的原理和实现过程,并给出了逆变器的反孤岛效应模型和仿真实验结果。仿真结果证明,该方法是可行的,并且达到了IEEE Std.2000-929标准的规定。光伏系统的可靠性研究对整个系统的经济运行乃至投资决策产生了重要影响。本论文以光伏并网发电系统的基本组成为线索,对各部分进行可靠性分析,对满足一定可靠性水平的光伏并网发电系统进行分析,从而对其的推广使用起到了理论指导作用。

全文目录

摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
第1章绪论  14-22
  1.1 课题背景  14-15
  1.2 光伏发电产业的现状  15-17
    1.2.1 国外光伏发电产业的现状  15-16
    1.2.2 国内光伏发电产业的现状  16-17
  1.3 光伏并网发电系统简介  17-20
    1.3.1 光伏并网发电系统的组成  17-18
    1.3.2 光伏并网发电系统的优缺点  18-19
    1.3.3 光伏并网发电系统对逆变器的要求  19
    1.3.4 光伏并网逆变器的发展趋势  19-20
  1.4 本文的主要研究内容  20-22
第2章并网逆变器的设计及系统的工作原理  22-30
  2.1 并网逆变器的选择  22-27
    2.1.1 并网逆变器结构的选择  22-23
    2.1.2 并网逆变器回路方式的选择  23-24
    2.1.3 并网逆变器控制策略的选择  24-25
    2.1.4 系统的总体方案  25-27
  2.2 光伏并网发电系统的工作原理  27-30
    2.2.1 前级电路的工作原理  27-28
    2.2.2 后级电路的工作原理  28-30
第3章光伏并网发电系统的设计  30-46
  3.1 主电路的设计  30-31
  3.2 控制电路及保护电路的设计  31-37
    3.2.1 电流采样电路  31
    3.2.2 并网同步的实现  31-35
    3.2.3 SPWM波的产生  35-36
    3.2.4 保护电路  36-37
  3.3 驱动电路  37-39
  3.4 输出滤波电路  39
  3.5 辅助电源设计  39-41
    3.5.1 辅助电源的设计要求  39-40
    3.5.2 辅助电源设计电路  40-41
  3.6 系统的电磁兼容设计  41-43
    3.6.1 硬件方面考虑  41-42
    3.6.2 软件方面考虑  42-43
  3.7 光伏并网逆变器的仿真建模  43-44
  3.8 控制系统软件设计  44-46
第4章光伏并网发电系统的孤岛效应及防止策略  46-60
  4.1 孤岛效应及其危害  46
  4.2 国际通用标准  46-47
  4.3 等效模型  47-48
  4.4 孤岛效应的检测方法  48-55
    4.4.1 被动检测方法  49-50
    4.4.2 主动检测方法  50-52
    4.4.3 外部检测方法  52-53
    4.4.4 本论文采用的孤岛检测的方法  53-55
  4.5 仿真实验  55-60
第5章光伏并网发电系统的可靠性分析  60-70
  5.1 可靠性的基本概念  60-64
    5.1.1 可靠性的定义  60
    5.1.2 可靠性分析的重要性和经济性  60-61
    5.1.3 电子系统的可靠性设计基础  61-63
    5.1.4 影响产品可靠性的因素  63-64
  5.2 光伏并网发电系统的可靠性分析  64-69
    5.2.1 系统中的元件故障分析  65-67
    5.2.2 影响系统可靠性的原因  67-69
    5.2.3 提高系统可靠性的措施  69
  5.3 建议  69-70
第6章总结与展望  70-72
  6.1 总结  70
  6.2 展望  70-72
参考文献  72-78
致谢  78-80
攻读硕士期间发表的学术论文  80-81
学位论文评阅及答辩情况表  81

光伏并网逆变器的研究及可靠性分析

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