分布式光伏发电系统中并网/独立双模式逆变器研究与实现

摘要

随着传统化石能源危机与环境污染问题的日益严重，具有节能环保特点的光伏发电技术已引起世界范围的高度重视。分布式光伏发电系统中的并网/独立双模式逆变器，因为进/退电网灵活，可以提高供电可靠性、改善电力系统的负荷平衡而成为光伏发电的重要研究方向。 研究了并网/独立双模式逆变器的电路拓扑，选择DC-DC-AC两级双模式逆变器变换结构。设计了具有启动冲击抑制功能的前级DC/DC升压电路，抑制电路启动时过高的浪涌电压电流尖峰，减小功率器件的电压电流应力。分析研究了不同逆变器拓扑与调制方式对共模漏电流的抑制效果，选择漏电流抑制效果好的非隔离型Heric逆变器作为后级逆变器电路拓扑。 研究了双模式逆变器的并网电流控制技术，提出在准PR控制算法的基础上加入高次谐波补偿环节，构成多谐振PR控制器，消除并网电流静态误差及电网电压基波与高次谐波的影响。在此基础上，进一步提出了多谐振PR与PI联合并网电流控制方法，利用加入的PI控制来进一步消除并网电流直流分量，获得高质量进网电能。 研究了并网/独立双模式逆变器切换控制技术，设计了对本地负载电压和电网电流冲击小的最优切换控制模式。对双模式逆变器离网和并网控制器分别进行了设计，分析了Heric逆变器离/并网工作存在电流过零畸变问题的原因，提出了过零混合调制方案，解决了电流过零畸变问题，提高了逆变器发电质量。 详细介绍了以TI公司DSP TMS320F28335为控制核心的并网/独立双模式逆变器的硬件与软件设计过程，成功研制了双模式逆变器实验样机。

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摘 要

ABSTRACT

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 分布式光伏发电系统中双模式逆变器研究现状

1.2.1 并网/独立双模式分布式光伏发电系统结构

1.2.2 双模式逆变器研究现状

1.2.3 双模式逆变器的关键技术

1.3 双模式光伏逆变器电路拓扑

1.3.1 隔离型逆变器

1.3.2 非隔离型逆变器

1.4 光伏双模式逆变器控制技术

1.4.1 独立运行控制技术

1.4.2 并网控制技术

1.4.3 运行模式切换控制技术

1.5 本文主要研究内容与成果

第二章 并网/独立双模式逆变器的电路拓扑

2.1双模式光伏逆变器的总体电路结构

2.2 前级具有启动冲击抑制功能的Boost电路

2.2.1电路拓扑的演变

2.2.2具有启动冲击抑制功能的Boost升压电路

2.2.3 具有启动冲击抑制功能的Boost电路实验验证

2.3后级并网逆变器拓扑结构选择

2.3.1 全桥逆变器共模漏电流特性分析

2.3.2 Heric逆变器共模漏电流抑制分析

2.4 本章小结

第三章 多谐振PR与PI联合光伏并网电流控制

3.1 Heric逆变器并网电流控制原理

3.2无静差及抑制电网电压影响的控制算法

3.2.1 现有PI、PR与准PR控制算法特性分析

3.2.2 多倍频谐振PR控制器参数设计及其算法实现

3.3进一步抑制并网电流直流分量的控制算法

3.3.1 电流直流分量成因及Heric拓扑对其抑制分析

3.3.2 基于多谐振PR和PI的联合并网电流控制算法

3.3.3 多谐振PR与PI联合控制的总体结构

3.4 仿真与实验验证

3.4.1 仿真验证

3.4.2实验验证

3.5 本章小结

第四章 并网/独立双模式逆变器切换控制

4.1 双模式逆变器切换运行

4.1.1 无缝切换控制分析

4.1.2 逆变器离网到并网切换冲击电流的减小措施

4.1.3 逆变器并网到离网切换对本地负载冲击的减小措施

4.1.5 无缝切换仿真验证

4.2 双模式逆变器离网控制器和并网控制器的设计

4.2.1 离网逆变器控制器设计

4.2.2并网逆变器控制器设计

4.3 双模式运行时Heric逆变器电流过零畸变抑制技术

4.3.1 Heric逆变器电流过零畸变分析

4.3.2 Heric逆变器电流过零畸变的抑制

4.3.3 混合调制方案仿真验证

4.3.4 混合调制方案实验验证

4.4 本章小结

第五章 并网/独立双模式逆变器的设计与实现

5.1硬件电路设计

5.1.1 主功率电路设计

5.1.2 核心控制板设计

5.1.3 隔离驱动电路设计

5.1.4 采样与调理电路设计

5.2系统软件设计

5.2.1主程序设计

5.2.2 中断程序设计

5.2.3 关键算法程序设计

5.3 样机介绍

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及参加科研项目