单级三相式光伏并网逆变器研究

论文摘要

随着新能源技术的迅速发展,光伏发电逐渐得到各国政府的广泛关注和大力支持,大容量光伏并网发电站成为太阳能开发的一种重要形式,研制高效、稳定、安全的三相光伏并网逆变器是建立大容量光伏电站的技术基础。为此,本文针对单级三相式光伏并网逆变器控制系统进行了深入研究。首先通过建立单级三相式光伏并网逆变器在同步旋转坐标系下的数学模型,简述了传统PI控制技术原理及控制器参数设计。针对电流PI控制暂态响应速度慢的缺点,提出了一种适用于矢量控制系统的无差拍电流控制器,通过电流预测消除控制延时的影响,仿真和实验结果表明了该控制器的有效性。最大功率点追踪技术是提高光伏逆变器效率的关键。本文根据光伏电池电气模型提出了一种基于光伏阵列外特性的建模方法,仿真结果表明该方法能够模拟光伏阵列输出非线性特点;叙述分析了传统追踪算法的原理及优缺点,提出了一种变步长电导增量法;将模糊控制理论引入到追踪算法中,提出了一种模糊控制器,该控制器鲁棒性强,追踪速度快、精度高,仿真结果验证了其有效性。孤岛效应是分布式发电系统中的常见现象,准确快速检测孤岛状态成为光伏并网逆变器必备功能。本文首先介绍传统孤岛检测算法原理,针对被动式孤岛检测存在检测盲区的缺点,提出了一种适用于三相并网逆变器的主动频率偏移算法,该算法通过电流矢量角控制实现孤岛状态下系统接入点电压频率正反馈,进而检测出孤岛。仿真及实验结果表明该算法能够在功率匹配情况下仍然够迅速检测出孤岛的存在。搭建了一套单级三相式光伏并网逆变器,辅以光伏模拟直流源、孤岛检测装置进行相应功能验证。详细介绍了逆变器控制系统软硬件组成,实验完成了并网控制,成功实现功率解耦;采用变步长电导增量法完成了最大功率点追踪;按照孤岛检测标准进行了逆变器反孤岛功能测试,验证了提出的主动检测法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 光伏发电现状及发展
• 1.2.1 世界光伏市场回顾发展及预测
• 1.2.2 中国光伏产业发展
• 1.3 光伏发电技术现状及研究重点
• 1.3.1 光伏发电系统发展现状
• 1.3.2 光伏并网逆变器主要研究内容
• 1.4 本论文研究的目的和主要内容
• 第2章 逆变器控制系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 单级三相式光伏逆变器数学模型
• 2.3 dq 旋转坐标系三相VSR 数学模型
• 2.3.1 坐标变换原理
• 2.3.2 网侧变换器dq 数学模型的推导
• 2.4 传统双闭环PI 控制器设计
• 2.4.1 电流环PI 控制器设计
• 2.4.2 电压环PI 控制器设计
• 2.5 无差拍电流控制器设计
• 2.5.1 无差拍电流控制器原理
• 2.5.2 无差拍电流预测控制器的实现
• 2.5.3 控制器设计仿真验证
• 2.6 本章小结
• 第3章 最大功率点追踪算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 光伏阵列输出特性分析及仿真
• 3.2.1 光伏阵列输出特性
• 3.2.2 光伏阵列仿真模型建立
• 3.3 改进电导增量MPPT 追踪算法
• 3.3.1 传统MPPT 策略介绍
• 3.3.2 改进电导增量法
• 3.4 模糊控制在MPPT 中应用
• 3.5 本章小结
• 第4章 三相并网逆变器孤岛检测技术
• 4.1 引言
• 4.2 孤岛检测方法
• 4.2.1 远程孤岛检测
• 4.2.2 本地孤岛检测
• 4.3 基于无差拍的主动频率偏移法
• 4.3.1 三相主动频率偏移法的实现
• 4.3.2 改进三相AFD 在旋转坐标系下的实现
• 4.4 改进三相AFD 算法检测效果仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 光伏并网逆变器实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 主电路结构及滤波器参数设计
• 5.3 控制系统软硬件组成
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间所发表的论文
• 致谢