三电平光伏逆变器并网控制策略研究

论文摘要

光伏并网发电是利用太阳能的有效途径之一,光伏并网发电技术在于并网逆变器及并网控制方案。本文以三电平并网逆变器为研究对象,在三电平空间矢量调制（SVPWM）策略的基础上,采用基于电网电压定向的电流闭环矢量控制策略进行并网控制以及采用扰动观察法进行最大功率点跟踪控制,对该并网控制方案进行了MATLAB仿真,并在一台基于DSP控制的三电平并网逆变器样机上进行了软件设计与编程,进行了开环实验和闭环实验。首先,介绍了二极管中点钳位式三电平逆变器的拓扑结构与工作原理,分析三电平空间矢量调制算法,并在分析逆变器中点电压波动机理的基础上,结合三电平空间矢量调制提出一种抑制中点电压波动的方法,实验结果表明该算法原理简单、易于实现,且对中点电压波动有较好的抑制效果。其次,设计了系统的整体并网控制方案,利用同步矢量电流比例-积分（PI）控制技术,采用基于电网电压定向的电流闭环矢量控制策略对本三电平光伏并网逆变器进行控制,并进行了MATLAB仿真,仿真结果表明了该控制策略可使逆变器以单位功率因数运行,且具有较好的稳态与动态性能。然后,针对单级式系统对光伏电池最大功率点跟踪控制的要求,分析并比较目前较典型的最大功率点跟踪控制方法后,采用扰动观察法作对并网系统进行最大功率点跟踪控控制,仿真结果表明该控制方法适合单级式三电平并网系统,且效果较好。最后,在一台基于DSP控制的三电平逆变器样机上进行了软件设计与编程实现,并进行了实验验证,实验内容包括开环实验与闭环实验,实验结果与仿真相符,验证了所提控制策略的可行性与有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 光伏发电并网逆变系统的研究现状
• 1.2.1 最大功率点跟踪的研究现状
• 1.2.2 并网逆变器拓扑结构的研究现状
• 1.2.3 并网逆变器控制策略的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 三电平光伏并网系统控制策略
• 2.1 引言
• 2.2 三电平逆变器的原理及其空间矢量调制
• 2.2.1 三电平逆变器的工作原理
• 2.2.2 三电平逆变器的空间矢量调制策略
• 2.3 三电平逆变器中点电位平衡的控制
• 2.3.1 中点电位波动的机理分析
• 2.3.2 中点电位平衡控制策略
• 2.4 最大功率点跟踪控制方法
• 2.4.1 光伏电池的数学模型
• 2.4.2 MPPT控制策略
• 2.5 基于电网电压定向的同步矢量电流并网控制策略
• 2.6 本章小结
• 第3章 光伏并网系统的Matlab建模与仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 系统的建模
• 3.3 仿真结果与分析
• 3.3.1 开环仿真
• 3.3.2 闭环仿真
• 3.3.3 加入MPPT后系统整体的仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 并网系统的软件设计
• 4.1 引言
• 4.2 DSP资源的分配
• 4.3 系统软件设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验结果与分析
• 5.1 引言
• 5.2 硬件平台
• 5.3 实验结果与分析
• 5.3.1 采样电路的波形分析
• 5.3.2 开环实验
• 5.3.3 闭环实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢