太阳能并网逆变系统研究

论文摘要

太阳能是目前最具开发利用前景的可再生能源之一,太阳能光伏并网发电已成为太阳能应用的主要形式。本文以太阳能并网发电系统中的逆变器和太阳能电池阵列为研究对象,以高质量电能回馈电网和高效利用太阳光伏电能为主要目标,开展逆变器拓扑结构、逆变并网控制策略以及太阳能电池阵列的最大功率点跟踪(MPPT)控制等方面的理论分析和实验研究。论文首先介绍并网逆变器的总体设计方案,根据应用特点,通过比较多种逆变器主电路的特点,确定采用无变压器隔离的两级变换器拓扑结构；给出了逆变试验样机的主电路关键参数计算以及控制系统硬件电路中各功能单元电路的详细设计。论文在分析正弦波脉宽调制技术的基础上,建立了电压外环和电流内环的双闭环控制的数学模型,设计了电流跟踪控制器,研究了控制器的参数整定方法。该算法采用数字信号处理器(DSP)来实现,给出了并网逆变器控制主程序和各子程序的软件设计流程。为了实现最大功率点跟踪控制,论文重点分析了太阳能电池的输出特性,比较了几种常用的最大功率点跟踪方法,通过对导纳增量法进行改进,得到了一种有效方法,基于该方法进行了电池阵列遮挡实验,结果表明,太阳能光伏并网逆变系统能始终工作在电池阵列的最大功率点。在上述研究的基础上,成功研制了一台输出功率为3KVA的并网逆变器,搭建了太阳能光伏并网发电系统实验平台,测试了功率电路驱动、并网电流和电压的波形,并对太阳能并网逆变系统进行了谐波分析。结果表明,所研制的太阳能并网逆变系统能以0.99的功率因数向电网输送电能,其总谐波分量、频率及其他技术指标达到设计要求。

论文目录

• 目录
• 图目录
• 表目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.2 太阳能光伏发电系统概述
• 1.2.1 太阳能光伏发电系统的基本组成和分类
• 1.2.2 光伏发电技术的发展历程
• 1.3 并网光伏发电系统的技术要求和关键技术
• 1.3.1 并网光伏发电系统对并网逆变器的技术要求
• 1.3.2 光伏并网发电系统中的关键技术
• 1.4 主要研究内容和结构安排
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 本文结构安排
• 第二章 太阳能并网逆变系统总体设计和硬件平台设计
• 2.1 太阳能并网逆变系统总体设计
• 2.1.1 太阳能并网逆变系统的结构
• 2.1.2 太阳能并网逆变系统总体设计
• 2.1.3 太阳能并网逆变系统技术指标
• 2.2 光伏并网逆变系统的硬件平台设计
• 2.2.1 太阳能光伏并网发电逆变系统的拓扑结构
• 2.2.2 逆变器的DC-DC电路和DC-AC电路参数计算
• 2.3 太阳能并网逆变器的各功能模块的硬件设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 太阳能并网发电系统逆变器的控制设计
• 3.1 并网发电系统逆变器的数字SPWM控制方法
• 3.2 太阳能并网逆变器控制策略
• 3.2.1 并网逆变器所采用的数字控制方法
• 3.2.2 并网逆变的控制要求
• 3.2.3 并网逆变器控制策略的改进
• 3.2.4 并网电流内环和电压外环控制系统数学模型
• 3.2.5 并网电流信号的预测和并网电流的同步锁相
• 3.3 并网逆变器控制软件设计
• 3.3.1 并网逆变器软件总体设计
• 3.3.2 TMS320LF2407A的端口资源分配
• 3.3.3 逆变器控制系统的主程序
• 3.3.4 控制软件的核心程序
• 3.3.5 并网同步的实现
• 3.3.6 SPWM脉冲发生程序
• 3.4 太阳能并网逆变系统的孤岛效应及检测方法
• 3.4.1 太阳能并网逆变器防孤岛效应技术要求
• 3.4.2 并网孤岛效应的侦测方法和实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 太阳能电池阵列工作点的跟踪方法和实现
• 4.1 太阳能电池数学模型
• 4.2 太阳能电池输出特性分析
• 4.3 最大功率点跟踪方法比较
• 4.4 导纳增量MPPT方法的设计改进和验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 太阳能并网逆变系统实验、测试和分析
• 5.1 太阳能并网逆变系统测试平台和实验参数
• 5.2 太阳能并网逆变系统实验、测试和分析
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果