单相数字式光伏并网逆变器的研究与设计

中山大学硕士学位论文单相数字式光伏并网逆变器的研究与设计姓名：罗力申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：沈玉樑20090605单相数字式光伏并网逆变器的研究与设计作者：罗力学位授予单位：中山大学相似文献(10条)1.学位论文许颇基于Z源型逆变器的光伏并网发电系统的研究2006为了可再生能源的利用和社会的持续发展，在世界范围内，光伏并网发电技术正在蓬勃发展。并网逆变器为整个光伏并网发电系统的核心部件，为提高光伏并网系统的灵活性、可靠性和并网电能的质量，系统的并网变流器单元可以采用一种全新的Z源型逆变器电路结构。本文在对Z源型逆变器深入分析的基础上，对整个光伏并网发电系统进行研究。其中主要研究内容有：1.对Z源型逆变器的拓扑及工作原理进行深入分析。根据其逆变母线侧输出特性的不同分为电压模式Z源型逆变器(VMZSI)和电流模式Z源型逆变器(CMZSI)，分别分析两者的工作原理及波形特性，并运用拓扑分析中的对偶原理推倒出两种工作模式具有对偶特性的结论。最后，通过与常规型逆变器的比较，得出它们之间的联系与区别，并对Z源逆变器的优、缺点进行总结。2.对电压模式Z源型并网逆变器进行状态空间平均法进行建模分析。将功率变换开关电路的非线性时变方程逐步转化为线性时不变方程，并由此进行传递函数推导。3.重点分析了VMZSI应用于光伏并网发电系统的控制策略。通过电路结构和控制目标将变换器控制系统分为三个闭环结构：并网交流电流环、Z源电容电压环、光伏阵列输入电压环。在对各个闭环控制原理分析的基础上，采用经典控制理论中图解根轨迹法对调节器参数进行设计，并以系统的动、稳态特性进行验证，得出满足系统设计要求的调节器。4.对VMZSI系统的主电路参数进行设计。以满足快速电流跟踪和抑制电流谐波的原则设计交流电感；以抑制直流电压中二次电压波动量的原则设计Z源电容；以满足非谐振最小值和抑制纹波的原则设计Z源电感，以抑制电压纹波的条件设计光伏阵列滤波电容。5.对应用于光伏发电系统的最大功率点跟踪(MPPT)方法和反孤岛保护进行分析和概述。MPPT方法主要介绍了扰动观测法和电导增量法，实现了功率寻优要求。反孤岛保护主要介绍了Sandia频移法的原理和工作过程，实现了可靠保护与稳定工作相结合。6.为了验证分析地正确性，以功率为3Kw的VMZSI光伏并网系统进行实验，实验结果与仿真吻合，说明了系统设计的合理性。2.期刊论文王英.WANFYing基于DSP的光伏并网发电系统的设计-烟台职业学院学报2008,14(3)光伏并网发电是太阳能光伏发电应用发展的趋势,提高转换效率、降低成本是光伏发电技术发展的关键.基于TMS320LF2401DSP芯片控制的并网发电系统,有效地提高了逆变器的效率,降低能量损耗.3.会议论文郭会娜.黄洪全基于DSP的三相光伏并网发电系统的设计2008光伏并网发电是光伏电源的发展方向，代表了21世纪最具有吸引力的能源利用技术。本文首先阐述了光伏并网发电的基本原理，提出了三相光伏并网发电系统的设计方案，并以TI公司的TMS320F2812DSP控制器为控制核心，介绍了硬件和软件的的设计思想。4.会议论文沈玉梁.余世杰.苏建徽.赵为.王斯成.王德邻单相光伏并网装置主功率器件单极性安全切换模式2000本文介绍了单相桥式逆变主电路的拓扑结构,结合用于并网的单相桥式逆变电路,分析了主功率器件的安全切换模式.5.学位论文何金伟单相光伏并网功率调节系统的研究2009现代工业生产中大量常规能源的使用，使能源危机与环境破坏问题日益加剧，全世界正积极开发利用新的替代能源。此外，大量电力电子设备使用产生的谐波对电网电能质量的“污染”，轻则使电网工作不正常，重则造成用电设备或是输配电设备的损坏，使生产蒙受损失。因此，治理谐波、提高电能质量与解决能源问题成为当代工业生产面临和必需解决的两大问题。开发利用太阳能一直是新能源研发工作中的重中之重，光伏并网发电作为太阳能利用的一种主要方式近年来越来越受人们关注。通过充分阅读文献，在了解近年来国内外有关光伏并网发电与电力有源滤波最新技术的基础上，本文设计了将光伏并网发电与电力有源滤波器集于一体进行控制的单相光伏并网功率调节系统，使新能源的利用与谐波的治理可以同时进行。本文重点进行了以下几个方面的工作：首先介绍了国内外光伏发电的现状与前景，电能质量对用电的重要性及谐波对其的影响，详细讨论研究了光伏阵列输出最大功率跟踪的各种方法以及单相无功电流和谐波电流检测的主要手段。通过对各类主流并网逆变器与电力有源滤波器的拓扑进行分析研究，设计了将二者统一控制的光伏并网功率调节系统，并基于DSPTMS320F2812着重研究了在单相并网功率调节系统中输出级电流跟踪的SPWM控制方式，设计了在移相全桥软开关技术实现光伏阵列输出最大功率跟踪（MPPT）的方法。最后通过matlab对单相光伏并网功率调节系统控制过程进行仿真，为样机的研制提供了有力的支持。单相光伏并网功率调节系统的研究为光伏发电应用与解决电能质量中的谐波问题提供了一个新的研究思路。6.会议论文昌金铭国内外光伏发电的新进展2006本文经过调研分析,以详实的数据和丰富的资料,阐述了国内外光伏发电的现状和最新进展,并对发展光伏产业中存在的问题进行了分析,提出了我国兴办光伏企业必须注意的一些重大问题.7.学位论文张铁良有源电力滤波器与光伏发电的统一控制研究2007太阳能以其不竭性和环保优势已成为当今世界最具光明前景的新能源之一.在国外光伏发电技术已得到深入研究和推广,在我国也已进入推广应用阶段,光伏并网发电是光伏发电的主要发展趋势之一.与此同时,随着我国工业化进程的加快,大量的非线性和冲击性负载随之涌现,由这些负载所产生的谐波及无功电流对公共电网的污染也日益严重,而传统的无源滤波越来越不能满足电能质量的要求,因此有源电力滤波器(APF)也成了近年来国内外研究的热点.APF和光伏并网发电技术虽然前景光明,但是两者仍各有不足,均面临推广障碍.例如:光伏并网发电装置只在白天工作,晚上要切离电网,这不仅影响设备利用率,并且频繁投切时会对电网稳定造成影响;两者应用成本较高;经济效益低;政策支持不完善等等.针对两者的不足和发展障碍,本文运用APF与光伏并网发电的统一控制思想,并充分利用两者的拓扑结构进一步对系统功能进行了拓展,以促进两者的共同发展.最终完整地提出了APF与光伏发电的统一控制系统,新的系统结构和控制策略不但能同时实现光伏并网发电、无功及谐波补偿,而且在电网因故障停电时可以对重要负载实施电力中断补偿(UPS功能),以保证重要负载不间断地工作.文中对APF和光伏并网的统一控制原理、新系统结构的演变、系统工作原理和控制策略等进行了详细的分析研究;对文中提出的系统所涉及的具体技术进行了理论和实验研究,这些技术包括:并网和UPS两种工作模式下变流器的控制技术及相互转换技术;无功和谐波电流检测技术;无功与谐波补偿指令和光伏并网有功指令合成算法;光伏阵列最大功率跟踪控制技术;电力中断检测技术;蓄电池的充放电管理等.最后,利用MATILAB/Simulink对所提出的APF和光伏发电统一控制系统进行了仿真验证,并且设计了一台基于TMS320LF2407DSP的实验样机,对样机功能进行了实验研究.仿真和样机实验结果证明了所提出的系统结构及控制策略的可行性和正确性.8.学位论文王英基于TMS320LF2401DSP的光伏并网发电系统的设计2007光伏并网发电是太阳能光伏发电应用发展的趋势，提高转换效率、降低成本是光伏发电技术发展的关键。本文是研究基于TMS320LF2401DSP芯片控制的并网发电系统，详细介绍了该系统的逆变电路、控制电路等硬件电路的设计及控制方法的选择。并网逆变器是光伏并网发电系统的重要组成部分，该电路是采用全桥逆变电路，将太阳能电池板输出的直流电压转换成频率为50Hz的正弦电压，再经过电感滤波器和工频变压器将其转换为220V/50Hz的标准正弦波电压并入电网。控制电路的核心是采用TI公司的数字信号控制器TMS320LF2401芯片，采用SPWM控制方式，利用DSP丰富的外围电路和强大的功能实现并网系统的控制和相应的保护功能等。实现了电路结构简单，成本低，工作效率高，可靠性强，稳定性好，并且能够有效地抑制了电压波形中的高次谐波成分等性能。同时，具有最大功率点跟踪和反孤岛效应等功能。通过样机测试，本系统输出稳定的220V/50Hz正弦交流电压。同时，实现了系统输出的并网电流顺利跟踪电网电压，谐波含量小，动态响应快等性能。9.期刊论文吕哲.沈锦飞.谢峰.LVZhe.SHENJin-fei.XIEFeng带MPPT的光伏并网系统在家用空调器中的应用-现代电子技术2008,31(4)提出一种光伏发电技术应用在家用空调器的设计思想.对太阳电池的输出特性进行研究.在太阳能转移的过程中,系统用到最大功率点跟踪的方法,提高了系统的光伏发电效率.光伏阵列的输出电流进入Buck-Boost变换器,而后通过逆变器变为与电网电压同频、同相的交流电给空调供电.详细分析主电路的工作原理以及MPPT的跟踪原理,转换效率.仿真结果验证了理论分析的正确性.10.学位论文马兆彪太阳能光伏并网发电系统的分析与研究2008随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，开发利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、大规模开发利用最有前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注，而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势，必将得到快速的发展。此外，高性能的数字信号处理芯片(DSP)的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器成为可能。本论文就是在此背景下，对太阳能并网发电系统中的核心器件并网逆变器进行了较为深入的研究，具有重要的现实意义。太阳能光伏并网发电系统的两个核心部分是太阳能电池板的最大功率点跟踪(MPPT)控制和光伏并网逆变控制。首先，本文对太阳能电池的工作原理及工作特性进行介绍，详细分析太阳能电池工作的等效电路和数学模型。其次，本文对几种传统的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法进行了研究、分析和比较，提出各自优缺点。基于最大功率跟踪过程的快速性和稳定性，设计采用改进的间歇扫描法来实现光伏发电系统中太阳能电池的最大功率输出，以提高系统的性能和最大功率点跟踪速度。再次，针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器，本文采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法，既保证了逆变器输出的静态误差为零，又保证了逆变器良好的输出波形。给出了同时满足独立和并网两种运行模式的输出滤波器结构和元件参数的计算过程，并通过仿真和实验验证了设计的合理性。随后，详细讨论了并网过程中的软件锁相环技术，对锁相环电路的组成、工作原理进行了研究，实验结果表明此方法可靠有效，能使逆变器输出电流与电网电压完全同相，达到功率因数为1的目的。最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作为主控芯片，研制完成1.5kW实验样机，分别得出了独立运行和并网运行时的实验结果，结果表明，所采用的控制策略和设计的硬件电路能够满足设计要求，系统可安全、稳定运行。本文链接：下载时间：2010年3月7日