家用光伏储能逆变器的双模式控制和无缝切换的研究

摘要

家用光伏储能逆变器是定位于能够被广泛推广的多用途、实用化的太阳能发电装置。常见的光伏并网逆变器必须工作在与电网连接的状态，光伏离网储能逆变器不能将多余电能输送到电网为用户实现经济效益。两者功能单一且灵活性差，由此实用性受到了很大的限制。研究在离网和并网状态都能够工作的带蓄电池的光伏逆变器系统加强了太阳能发电的实用性，在此基础上如果能够实现无缝切换，将实现在电网故障时，重要负荷的持续供电，该功能将极大的提高用户负载的供电可靠性，拓展光伏发电逆变器的应用范围。
　　本文通过对家用光伏储能逆变器应用场合和带载情况进行了分析，选择了逆变器系统的逆变拓扑，根据此拓扑和设计功率要求进行了IGBT选型、IGBT的驱动电路设计和逆变部分硬件设计与制作；提出了逆变器拓扑匹配调制策略，根据该逆变器的谐波特性设计了LCL滤波器。为了满足锁相需求和系统保护要求，设计了集成故障报警功能的三相锁相环。结合典型并离网控制策略和所用拓扑结构制定了利于实现双模式切换的双模式控制策略，为了实现无缝切换家用光伏储能逆变器系统并网和离网控制策略均采用相同的电流环，切换的过程中采取电压矢量相角保持策略和电流环切换给定参考值补偿策略，并对在模式切换时控制环路过程中变化幅度较大的参数进行变化率限制来防止控制环路的波动。通过搭建系统的仿真模型验证了调制方式和控制策略的可行性，最后在实验样机上验证了设计的控制策略能够实现预期的双模式运行、负载追踪和无缝切换等功能。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及研究意义

1.2家用光伏储能逆变器国内外研究现状

1.3家用光伏储能逆变器面临的关键问题

1.4本文的主要工作和研究内容

第二章 家用光伏储能逆变器拓扑与调制策略

2.1逆变器拓扑的选择

2.2两电平逆变器和三电平逆变器的对比和选择

2.3三相四桥臂逆变器控制策略的选择

2.4单极性谐波载入的调制

2.5三相四桥臂两电平逆变器的硬件设计

2.6本章小结

第三章 双模式家用逆变器的锁相单元和滤波器设计

3.1锁相单元设计

3.2滤波器设计

3.3本章小结

第四章 家用储能逆变器的离/并网双模式控制策略和无缝切换

4.1家用光伏储能逆变器系统结构

4.2家用光伏储能逆变器系统基本工作逻辑

4.3家用光伏储能逆变器电流双环设计

4.4家用光伏储能逆变器离网和并网的控制策略

4.5双模式无缝切换策略

4.6仿真模型的搭建

4.7本章小结

第五章 双模式控制策略和无缝切换的仿真和样机实验

5.1MATLAB模型仿真实验

5.2样机并网带载实验

5.3无缝切换实验

5.4本章小结

第六章 结 论

参考文献

攻读硕士期间所取得的相关科研成果

致谢