基于直接功率控制的并网型光伏逆变器研究

摘要

光伏并网逆变器作为光伏并网发电系统的核心设备，其可靠性、安全性以及效率一直是研究的热点。本文以基于直接功率控制的并网型光伏逆变器为研究对象，分析了光伏并网系统模型、光伏电池MPPT算法、直接功率控制策略以及虚拟磁链原理，并在此基础上提出改进措施来提高系统性能。
　　论文综述课题研究背景、意义，分析了并网型光伏逆变系统结构及关键技术。介绍了分布式光伏发电系统中存在的“孤岛效应”以及相关光伏发电并网标准。研究了光伏电池最大功率跟踪算法，针对固定步长扰动观测法跟踪速度慢、跟踪精度低的缺点，提出一种新型的变步长扰动观测法。在Matlab/Simulink环境下建立仿真模型，仿真结果表明，该算法在提高最大功率的跟踪速度与精度的同时，也可以抑制最大功率点处的振荡现象。
　　为提高光伏并网逆变器的动态性能，论文依据瞬时功率理论，建立了逆变电路的数学模型，研究了基于滞环功率比较器的直接功率控制策略。分析了滞环比较器的原理，以及滞环宽度对输出功率的影响。开关表依据功率滞环比较器的输出量和电网电压向量的矢量角，给出PWM信号控制功率管，进而调节输出功率。分析了传统功率开关表的构造原理，讨论了其在快速调节逆变器输出功率时的局限性。给出了一种新型开关表，并在Matlab/Simulink环境仿真实验。实验结果验证了新型开关表性能比传统开关表性能有所提高。
　　论文研究了基于虚拟磁链定向的直接功率控制策略。在分析基于低通滤波器的虚拟磁链观测器的基础上，给出一种改进的虚拟磁链观测器，并在Matlab/Simulink环境下仿真实验。仿真结果表明，改进型虚拟磁链观测器跟踪虚拟磁链圆速度更快、效果更好。

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第一章 绪论

1.1太阳能发电的研究背景、目的及意义

1.2 国内外光伏发电的发展状况

1.3并网型光伏逆变系统结构

1.4并网型光伏逆变器中的关键技术[5]

1.5三相逆变器的调制技术

1.6光伏发电系统并网标准

1.7本文研究的主要内容

第二章 光伏电池最大功率点跟踪控制研究

2.1光伏电池工作特性

2.2光伏电池最大功率点跟踪（MPPT）算法研究

2.3改进型MPPT算法

2.4本章小结

第三章 三相逆变器的拓扑结构及数学模型

3.1三相电压源型逆变器的主电路拓扑结构及工作原理

3.2坐标变换

3.3三相并网逆变器的数学模型

3.4光伏系统并网原理分析

3.5本章小结

第四章 基于电压定向的改进型直接功率控制研究

4.1瞬时功率的定义及计算

4.2三相并网逆变器直接功率控制理论原理分析

4.3改进开关表直接功率控制并网光伏逆变器研究

4.4 Matlat/simulink环境下建模仿真分析

4.5本章小结

第五章 基于虚拟磁链的直接功率控制研究

5.1虚拟磁链原理及虚拟磁链的计算

5.2虚拟磁链下的瞬时功率计算

5.3虚拟磁链观测器

5.4基于虚拟磁链的直接功率控制系统仿真

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文工作总结

6.2全文工作展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢