基于DSP的光伏并网逆变器的孤岛检测技术研究

摘要

随着太阳能光伏发电迅速发展，孤岛效应成为危害电网、设备安全及人员安全的重要问题。当电网出现故障或因其他原因需要停止供电时，孤岛检测成为避免孤岛效应的重要手段。目前孤岛检测主要采用主动检测中的主动频率偏移法和电流扰动法。主动频率偏移法向系统中加入频率偏移扰动量，引入了额外的谐波，降低输出功率因数;电流扰动法，可以减少或消除检测盲区，但在逆变器的输出中加入恒值电流扰动会让逆变器一直处于欠载或过载状态。基于DSP的光伏并网逆变器的孤岛检测方法，不会向电网引入额外的谐波，有效的减少逆变器一直处于欠载或过载状态，提高了逆变器的寿命。论文主要完成以下内容:
　　首先，分析孤岛检测原理及现有检测方法中存在的不足，提出了触发式最小电流扰动法。通过电压互感器对含有低压断路器的电路，进行电弧信息采集与处理，将该信号与设定值进行比较，获得电弧电压。将检测的电弧电压送入DSP处理器中，并与设定的电压范围进行比较，若超出阈值判定与电网相连的断路器断开，以此作为条件，加入最小电流扰动量。而最小电流扰动量是通过采集公共耦合点的电压电流范围，计算此时的负载值，再根据电压范围判定加入过压/欠压保护的最小电流，确保公共耦合点的电压达到闽值范围，保证在负载功率与逆变器输出功率平衡状态下也能检测出孤岛现象。
　　其次，以DSP TMS320F28335作为核心处理器，实现触发式最小电流扰动法的孤岛检测。可以实时、快速对信号进行采集处理，并通过DSP产生PWM信号控制并网逆变器运行，实现光伏并网逆变器的孤岛检测。以3kW光伏并网逆变系统为例，设计了孤岛检测系统。系统硬件中电压/电流采集电路，对模拟信号进行采样，通过AD7606实现模数转化;电源电路保证DSP及采集模块正常工作;锁相电路确保DSP得到同步采样数据;主电路选取的非隔离型单级并网结构，使系统的效率高;驱动电路确保IGBT可靠的开通和关断，且进行电气隔离，使信号电路与栅极电路绝缘;采用LCL滤波电路，消除在逆变过程中开关产生的高次谐波，避免对并网电流的影响。通过软件实现对系统的初始化;将ADC转化的数字信号，传输给DSP编写基本参数的计算程序;DSP产生PWM信号，控制并网逆变器运行，实现光伏并网逆变器的孤岛检测。
　　最后，通过Matlab环境验证该方法的正确性，在此基础上搭建以DSP为核心处理器的样机上，对不同的负载情况进行孤岛检测。结果表明，该方法能够检测出孤岛现象，不存在检测盲区，改善逆变器一直处于欠载或过载状态，提高了逆变器的寿命，为孤岛检测方法的研究提供依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究现状

1．3 主要内容及组织结构

2 触发式最小电流扰动的孤岛检测

2．1 孤岛检测原理

2．2 孤岛检测的方法研究

2．2．1 被动检测法

2．2．2 主动检测法

2．3 触发式最小电流扰动检测

2．3．1 触发信号检测

2．3．2 触发式最小电流法

3 基于DSP触发式最小电流扰动硬件系统

3．1 采样电路

3．1．1 电压采样电路

3．1．2 电流调理电路

3．1．3 采样AD与F28335硬件连接

3．1．4 电源电路设计

3．2 锁相倍频设计

3．3 逆变器主电路与驱动电路

3．3．1 逆变器的主电路

3．3．2 开关管IGBT驱动电路

3．4 滤波电路选取

3．4．1 逆变器侧反馈控制

3．4．2 滤波器的参数选择

4 基于DSP触发式最小电流扰动软件系统

4．1 软件设计开发环境

4．2 孤岛检测系统主程序

4．3 参数计算及采样程序

4．3．1 参数计算

4．3．2 采样程序

4．4 设计SPWM程序

5 系统验证与结果分析

5．1 仿真验证

5．2 实验验证

5．3 结果分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果