基于单相光伏的多逆变器并联控制方法研究

摘要

随着传统能源的过度消耗和生态环境的日渐恶化，新能源以分布式发电形式进入电力市场，其战略地位也日益凸显。其中，光伏发电技术以其独具的优势在新能源家族中异军突起，发展前景乐观，正在成为未来主导的发电方式之一。然而，随着社会经济的高速发展和人们对电力需求的日益增加，单台光伏发电装置已经显示出其局限性，不再符合时代发展的趋势，加之电力电子技术的日新月异，光伏发电技术正朝着大功率、高安全性的并联运行方向发展，因此，多逆变器并联控制方法的研究就显示出非凡的价值和超远的意义。
　　本文以基于单相光伏逆变器的多逆变器并联系统为研究对象，首先从单相光伏逆变器的建模入手，设计了其主电路参数及解耦控制策略。并以含两台单相光伏逆变器的并联系统为例，通过建立其等效电路，对多逆变器并联运行模式进行了详细的分析。在此基础上，本文提出了一种基于虚拟阻抗的下垂控制策略，并设计了下垂控制器和虚拟阻抗环。
　　接下来，针对微电网公共连接点的电能质量问题，本文提出了一种孤岛模式下的电压波形改善方法。该方法通过引入特征次微电网谐波电压反馈环节来实时调整并联逆变器的等效输出阻抗，从而有利于降低并网点谐波含量，改善微电网的电压基准，有效提高逆变器输出电压质量。文中分析了电压波形改善方法的原理，并针对传统下垂控制存在稳定性和动态性不足的缺点，提出了一种改进下垂控制方法。同时，本文还设计了多环电压控制器，给出了多逆变器并联运行的整体控制策略，分析了不同电压谐波补偿参数对系统的影响。在上述理论分析的基础上，在Matlab/Simulink仿真平台中搭建了带非线性负载、额定功率为2kW的两台逆变器并联运行的仿真模型，仿真结果验证了上述电压波形改善方法的有效性。
　　最后，本文设计了带非线性负载的多逆变并联系统实验平台。文中详细介绍了实验平台控制系统的主要硬件电路设计，软件功能的整体结构以及关键子程序的流程图，并在实验室样机上对本文所提两种控制方案进行了验证，对比分析了这两种方案对逆变器电压波形改善效果、环流抑制以及电能质量的影响。从实验结果可以看出，本文所提电压波形改善方法在不加剧环流的前提下，可明显改善多逆变器并联系统的输出电压波形，提高电能质量，有效增强多逆变器并联系统带非线性负载的能力。

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第1章 绪论

1.1 光伏发电的研究背景及意义

1.2 光伏发电的国内外研究现状

1.3 光伏发电技术概述

1.4 多逆变器并联控制技术概述

1.5 本文课题来源及主要工作

第2章 基于单相光伏的多逆变器并联控制策略

2.1 单相光伏逆变器建模

2.2 基于单相光伏的多逆变器并联系统建模

2.3 本章小结

第3章 多逆变器并联运行的电压波形改善方法

3.1 带非线性负荷的多逆变器并联系统

3.2 电压波形改善方法

3.3 控制方法对输出电压波形的影响

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

第4章 带非线性负载的多逆变器并联系统实验平台

4.1 硬件电路设计

4.2 系统软件设计

4.3 实验结果分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间获得的研究成果