基于双绕组反激变压器的光伏并网逆变器的研究

论文摘要

由于能源和环境问题日益凸显,世界各国对清洁可再生能源的开发利用都给与了高度的关注。太阳能以其资源丰富、分布广泛、可以再生、不污染环境等优点,成为最具开发潜力的新能源之一。光伏并网发电是未来太阳能利用的主要形式,其核心部件是光伏逆变器。光伏逆变器将光伏电池产生的直流电能转换为交流电能送入电网,其输出波形品质、逆变效率、安全性、可靠性、制造成本等因素将影响整个光伏发电系统的性能和投资。本文从拓扑结构、控制方法、最大功率点跟踪和孤岛效应检测等几个方面对光伏并网逆变器进行了深入的研究。本文分析光伏电池和光伏逆变器的配置方式及现有的光伏逆变器拓扑,在此基础上提出一种新型的基于双绕组反激变压器的单相光伏并网逆变器,详细阐述其工作原理,并提出相应的控制方案。该逆变器由Buck-Boost直流变换环节和反激变压器构成的逆变环节组成,整个拓扑仅使用三个功率开关管,四个二极管,结构简单紧凑。针对此拓扑提出用小电容进行功率解耦的控制方法和基于电压前馈的输出电流控制方案。光伏电池的输出特性具有非线性特征,在不同光照和温度条件下,其输出功率有且只有一个最大点。通过对负载的控制,可以使光伏阵列在各种不同的日照和温度条件下都能工作在最大功率点,实现逆变器的最大功率点跟踪。本文详细介绍了几种常用的最大功率点跟踪控制方法,提出基于Buck-Boost变换电路的最大功率点跟踪方法,该方法无需检测电流,由光伏电池输出电压和占空比的关系控制系统输出最大功率。孤岛保护是所有分布式并网发电系统必须具备的保护措施,本文说明了孤岛效应的概念及相关标准,分析了孤岛系统各种参数的关系,并对各种孤岛检测方法做了详细介绍。文中对三种典型的有源孤岛检测方法进行了对比研究,结果表明:SFS法具有输出电流谐波畸变率低、检测效率高、无需移相等优点,适合于本文提出的反激光伏并网逆变器。最后本文设计了一台基于DSP数字化控制的110W实验样机,进行了其电路参数设计、器件选择及程序设计。实验结果验证了该拓扑结构和控制方法的有效性及合理性,为该种逆变器进一步发展提供了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的课题背景
• 1.2 国内外光伏并网发电现状
• 1.2.1 国外光伏并网发电现状
• 1.2.2 国内光伏并网发电现状
• 1.3 光伏并网发电系统
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 新型反激光伏并网逆变器
• 2.1 引言
• 2.2 光伏逆变器的配置和拓扑
• 2.2.1 光伏逆变器的配置
• 2.2.2 光伏逆变器的拓扑
• 2.3 新型光伏并网逆变器
• 2.3.1 新型光伏逆变器的拓扑
• 2.3.2 基本原理及工作状态
• 2.3.3 逆变级的拓扑仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 新型光伏逆变器的控制策略
• 3.1 引言
• 3.2 逆变器系统控制介绍
• 3.3 直流电压控制
• 3.3.1 功率流动分析
• 3.3.2 直流电压控制及功率解耦
• 3.4 输出电流控制
• 3.5 逆变级控制仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 最大功率点跟踪控制
• 4.1 引言
• 4.2 光伏电池的特性分析
• 4.3 最大功率点跟踪方法
• 4.3.1 定电压跟踪法
• 4.3.2 扰动观察法
• 4.3.3 电导增量法
• 4.4 基于Buck-Boost电路的新型最大功率点跟踪策略
• 4.4.1 接口电路分析
• 4.4.2 最大功率点跟踪
• 4.5 新型最大功率点跟踪策略的仿真分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 孤岛检测方法研究
• 5.1 引言
• 5.2 孤岛效应及相关标准
• 5.3 孤岛效应分析
• 5.4 孤岛效应检测方法的研究
• 5.4.1 滑模频率漂移法（SMS）
• 5.4.2 有源频率偏移法（AFD）
• 5.4.3 Sandia频率漂移法（SFS）
• 5.5 本章小结
• 第6章 实验装置的研制
• 6.1 引言
• 6.2 硬件电路设计
• 6.2.1 主电路参数设计
• 6.2.2 主电路电力电子器件的选取
• 6.2.3 控制系统硬件设计
• 6.3 程序设计
• 6.4 实验结果
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢