无工频变压器太阳能光伏发电并网逆变器设计

摘要

太阳能发电技术以其绿色清洁而愈加受到人们的关注。作为太阳能发电技术的一个重要分支,光伏发电技术正被广泛地应用。光伏发电技术按照结构可以分为离网型和并网型两种主要形式,其中并网型结构现已逐渐成为发展的主流,具有广阔的应用前景。本文针对无工频变压器结构的光伏并网逆变器的主电路拓扑结构及参数计算、控制电路设计及控制策略进行分析和研究。
　　对于主电路的拓扑结构,本文对现今广泛使用的单级式结构的特点进行了分析并总结出优缺点,针对单级式结构的不足,提出了Boost斩波电路加单相全桥逆变电路的两级式结构。该结构省去了传统的工频变压器,整个结构具有体积小、效率高、控制分开且易于实现等优点。在确定了主电路结构后,依据拟定的指标,逐一地完成主电路各组成元件参数的计算任务。
　　在确定了主电路的结构及参数之后,根据各被控量及控制要求,设计出并网逆变器的采样电路,各被控量的采集均借助于霍尔传感器完成。
　　对比几种常见的光伏阵列最大功率点跟踪方法,本文采用使用较为广泛、技术相对成熟的功率扰动跟踪法,并依靠于Boost斩波电路来完成最大功率点跟踪任务。Boost斩波电路在完成最大功率点跟踪任务的同时,又实现了直流电压的提升,以备给后级逆变电路提供足够的直流电压支撑。
　　建立单相全桥逆变电路的数学模型,进而确定了电压外环、电流内环的并网控制方案。外环电压控制用于稳定逆变器的直流输入电压并给出内环的电流参考值,电流内环用于实现单位功率因数并网。电流参考信号的频率与相位信息,本文利用基于移相滤波器的单相锁相环来完成。在分析了传统PI控制器在跟踪非零频信号的固有缺点之后,本文采用准PR控制器来完成内环电流的跟踪任务。对于并网逆变器的反孤岛效应研究,采用有源频率偏移法来实现。
　　基于对并网逆变器的分析研究,利用Matlab/Simulink工具箱、PLECS和Pspice等仿真软件分别对主电路、控制电路及控制策略进行了仿真研究。通过仿真结果,进一步验证所设计系统的正确性。
　　在分析、设计及仿真的基础之上,搭建出并网逆变器的实际应用电路,并最终实现预期的设计目标。
　　最后,对所做研究进行了概括,并归纳出工作中的不足与今后待完善的方向。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 光伏发电国内外应用及研究现状

1.3光伏发电的主要应用形式

1.4 本课题主要研究内容及设计任务

第2章 光伏并网逆变器主电路设计

2.1 Boost斩波电路硬件参数设计

2.2 单相全桥逆变电路硬件参数设计

2.3 本章小结

第3章 光伏并网逆变器控制电路设计

3.1 霍尔传感器选型

3.2 采样调理电路设计

3.3 本章小结

第4章 光伏并网逆变器控制策略研究

4.1 升压斩波电路最大功率点跟踪研究

4.2 单相全桥逆变电路并网控制研究

4.3 本章小结

第5章 光伏并网逆变器仿真及实验

5.1 主电路仿真研究

5.2 控制电路仿真研究

5.3 光伏并网逆变器控制策略仿真研究

5.4 光伏并网逆变器实验

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢