光伏并网逆变器建模和仿真研究

摘要

随着工业技术的迅猛发展,能源问题越来越受到人们的重视。如何开发利用可再生资源以解决当前的能源危机成为一个热门话题。人们普遍认为在目前可知的、并且已经得到比较广泛利用的可再生能源中,技术含量最高、最有发展前途的是太阳能。太阳能利用的主流方向是光伏并网发电。在光伏并网发电系统中,并网逆变器为核心。因此,本文主要研究适用于光伏并网发电系统的逆变器。 论文首先描述了光伏电池的工作特性,研究了常见光伏阵列模型。在此基础上,在MATLAB仿真环境下,开发了光伏阵列通用仿真模型,分析了光伏阵列最大功率点的跟踪控制方法,最终采用干扰观测法实现了光伏阵列的最大功率点跟踪。 论文详细分析了DC/DC变换电路、DC/AC逆变电路的工作原理和工作特性。光伏并网发电系统中主电路参数的选择对于系统能否正常工作、系统输出电流波形质量的好坏有着重要的作用。使用MATLAB中的POWER SYSTEM BLOCKSETS工具软件建立了DC/DC变换电路、DC/AC逆变电路的动态模型,并进行了在开环和闭环两种情况下的仿真。 由DC/DC变换电路、DC/AC逆变电路两个部分通过DClink连接组成光伏并网逆变器。通过对DC/DC变换电路的占空比调制实现了光伏阵列输出电压的控制,使光伏阵列运行在最大功率点。通过对DC/AC逆变电路的双环控制,以取得与电网电压同步的正弦电流输出和直流母线侧电压的稳定,其中电流内环采用滞环电流跟踪控制,电压外环采用PI控制。最后,实验说明了仿真结果的正确性。 论文在给出孤岛效应危害的基础上,分析了目前常用的被动式、主动式孤岛检测方法,并采用并网电流幅值扰动法实现反孤岛效应。

目录

文摘

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声明

第1章 绪论

1.1 太阳能及其光伏发电

1.2 太阳能光伏并网发电现状和发展

1.1.1 国外光伏并网产业的发展

1.1.2 中国光伏并网产业的发展

1.3 光伏并网发电系统

1.1.3 光伏并网发电系统的分类

1.1.4 并网逆变器的分类

1.4 本文主要研究工作

第2章 光伏阵列通用仿真模型

2.1 光伏电池的特性

2.2 光伏阵列通用仿真模型

2.2.1 常见光伏阵列模型

2.2.2 光伏阵列仿真模块建立及其结果分析

2.3 最大功率点跟踪控制方法

2.3.1 恒定电压控制(CVT)

2.3.2 最大功率点跟踪(MPPT)原理及控制

2.3.3 MppT的Simulink仿真

2.4 本章小结

第3章 DC／DC变换电路

3.1 逆变器的拓扑结构

3.2 DC／DC电路工作原理

3.3 DC／DC变换

3.3.1 DC／DC环节的传递函数

3.3.2 DC／DC环节的性能研究

3.3.3 电路参数对DC／DC环节性能的影响

3.4 本章小结

第4章 DC／AC逆变电路

4.1 电压型全桥逆变电路的工作原理

4.2 逆变电路的控制方法

4.2.1 瞬时值滞环比较方式

4.2.2 电流二角波比较方式

4.3 DC／AC逆变电路的传递函数

4.4 采用滞环控制方法建立单相全桥逆变电路仿真模型及分析

4.5 本章小结

第5章 光伏并网逆变系统控制和仿真

5.1 PID控制器及参数的整定

5.2 光伏并网逆变系统控制

5.3 光伏并网逆变系统的仿真模型及波形分析

5.4 本章小结

第6章 光伏并网发电系统中孤岛效应的检测问题

6.1 孤岛效应及其危害

6.2 孤岛效应的检测

6.2.1 被动式检测

6.2.2 主动式检测

6.3 反孤岛效应的仿真

6.4 本章小结

全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间发表论文情况