单相光伏发电并网系统研究

论文摘要

目前,光伏并网发电技术是新能源发电领域中的一个非常重要的研究方向。而本文以户用型单相光伏发电并网系统作对象进行了研究,主要研究内容包括光伏电池的最大功率跟踪、两级式结构的逆变并网的控制、并网滤波器的研究、反孤岛效应策略等,并基于理论指导和仿真分析,进行了系统样机的设计与实验。首先,通过建立光伏电池的仿真模型,模拟了光伏电池在温度和光照强度变化下的电气性能,并利用Boost电路下的导纳增量法实现了对光伏电池进行快速准确地最大功率跟踪控制。其次,通过对后级逆变器直流电压和并网电流的双闭环控制,实现了单位功率因数并网,并采用LCL滤波器对并网电流进行谐波抑制,使得电流谐波含量满足电力系统规定的并网要求。然后,通过两级系统的协调控制策略,基于光伏电池发电,经Boost电路进行MPPT控制和DC/AC逆变并网,成功实现了整个系统的建模与仿真分析,仿真结果证明了系统方案的正确性。采用频率干扰法作为孤岛效应的检测方案,使整个系统不但能快速地跟踪环境变化进行MPPT控制以及单位功率因数、低谐波含量并网,还能快速检测并防止孤岛效应的产生,具有优良的动态和稳态性能。最后,设计了课题的整个硬件系统包括辅助开关电源、主电路以及各种控制电路,并基于主控芯片dsPIC30F2010进行了整个软件系统的程序设计。在基于所设计的实验平台上,进行了相关的实验及其结果分析,实现了系统的一些基本功能和性能要求,验证了方案设计的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 光伏发电的现状与前景
• 1.3 光伏发电并网系统的技术概况
• 1.4 课题研究的主要内容
• 2 光伏电池最大功率跟踪控制
• 2.1 光伏电池的基本原理
• 2.2 最大功率跟踪（MPPT）控制方法
• 2.3 基于Boost 电路的最大功率跟踪
• 2.4 仿真结果
• 2.5 本章小结
• 3 逆变并网控制系统
• 3.1 并网逆变器的控制方案
• 3.2 LCL 滤波器的分析与设计
• 3.3 并网逆变器的仿真分析
• 3.4 两级协调控制策略与系统的仿真实现
• 3.5 孤岛效应的检测与防止
• 3.6 本章小结
• 4 基于Top223Y 的开关电源设计
• 4.1 TopSwitch 系列芯片简介
• 4.2 五路输出开关电源的设计
• 4.3 高频变压器的设计
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 5 光伏发电并网系统的硬件设计
• 5.1 主电路的设计
• 5.2 控制电路设计
• 5.3 PCB 电路板的设计
• 5.4 本章小结
• 6 光伏发电并网系统的软件设计
• 6.1 芯片简介及程序框架
• 6.2 主程序设计
• 6.3 中断程序设计
• 6.4 串行通讯程序
• 6.5 软件程序的细节优化
• 6.6 本章小结
• 7 实验结果与分析
• 7.1 实验平台
• 7.2 实验波形与分析
• 7.3 本章小结
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献