三相单级式光伏并网逆变器控制策略研究

摘要

三相单级式光伏并网发电系统由于没有使用变压器，具有体积小、成本较低、效率高等优点。本文以三相单级式光伏并网逆变器为研究对象，针对其数学模型，对系统的最大功率点跟踪、控制策略、孤岛检测三个方面展开了相关的研究，重点对三相单级式光伏并网逆变器的控制策略进行了研究。 首先，文章介绍了本论文的选题背景和研究意义，接着介绍了光伏并网逆变器的几种不同类型，并选取了其中的三相单级式光伏并网逆变器作为本文的研究对象。从第二章开始，分析了单级式光伏逆变器的拓扑结构并陈述了其在三相静止abc和两相旋转dq坐标系下的数学模型。详细介绍了SVPWM调制算法的原理和推导过程。介绍了自抗扰控制技术的发展历程，给出了一般的自抗扰控制器结构以及自抗扰控制器的设计方法。针对三相单级式并网逆变器拓扑结构，设计了电压外环的自抗扰控制器;陈述了系统的无源性和稳定性，在此基础上设计了电流内环的无源控制策略。对当前比较常见的最大功率点跟踪方法和孤岛检测方法进行了介绍和比较分析，并设计了基于dq轴变换的电压正反馈孤岛检测方法。最后，对以上设计的自抗扰-无源控制策略和孤岛检测方法进行了仿真和实验研究。 在北京市人才强教深化计划“学术创新团队计划”项目“电能变换器和交流电动机非线性控制研究”(PHR201007130)和北京市高校创新能力提升计划项目(PXM2013-014224-000095)的支持下，本文针对三相单级式光伏并网发电系统，提出了基于自抗扰技术和无源控制理论的逆变器混合控制策略。仿真和实验结果表明，基于自抗扰技术和无源控制理论的逆变器混合控制策略可以使系统具有良好的鲁棒性和动态性能。具有直流侧电压稳定，实现交流侧有功功率和无功功率解耦控制，并且系统具有良好的静、动性能。对于自抗扰技术和无源控制理论在光伏并网逆变器中的应用具有一定的参考意义。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题背景

1．2 光伏发电系统

1．2．1 光伏发电系统的运行方式

1．2．2 光伏发电系统的关键技术

1．3 论文所做的主要工作

第2章 三相单级式光伏并网逆变器数学模型及SVPWM调制技术

2．1 三相并网逆变器拓扑机构和数学模型

2．1．1 光伏并网逆变器拓扑结构

2．1．2 光伏并网逆变器数学模型

2．2 三相光伏并网逆变器SVPWM调制

2．2．1 SVPWM调制原理

2．2．2 三相VSR矢量分布与合成

2．2．3 开关管导通时间计算与分配

2．2．4 SVPWM波产生

2．3 本章小结

第3章 三相单级式光伏并网逆变器自抗扰-无源控制策略

3．1 自抗扰控制技术

3．1．1 自抗扰控制技术发展

3．1．2 自抗扰控制器结构

3．2 无源控制理论

3．2．1 系统无源的相关概念

3．2．2 欧拉-拉格朗日系统

3．3 光伏并网逆变器自抗扰-无源控制器的设计研究

3．3．1 基于自抗扰技术的电压控制器设计

3．3．2 基于无源控制的电流控制器设计

3．3．3 光伏并网逆变器自抗扰-无源控制的仿真研究

3．4 本章小结

第4章 最大功率点跟踪和孤岛检测

4．1 最大功率点跟踪

4．1．1 光伏电池数学模型和输出特性

4．1．2 光伏电池的输出特性

4．1．3 几种常用的最大功率点跟踪方法分析

4．2 孤岛检测

4．2．1 孤岛效应发生的机理和标准

4．2．2 基于dq轴变换的电压正反馈孤岛检测

4．2．3 孤岛检测仿真研究

4．3 本章小结

第5章 三相单级式光伏并网逆变器的实验研究

5．1 实验平台介绍

5．1．1 硬件部分介绍

5．1．2 逆变器控制平台介绍

5．1．3 TMS320F8335 DSP芯片介绍

5．1．4 软件部分设计

5．2 实验结果

5．3 本章小结

第6章 总结和展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢