H6拓扑单相光伏并网逆变器的研究与设计

摘要

随着当今世界能源危机日益加剧，化石能源导致的环境污染日趋严重，对太阳能等新能源的开会和利用备受瞩目，其中以光伏逆变器为核心的光伏并网发电系统已取得诸多发展。如何缩小体积、提高安全性以满足居民住宅、商业办公等场合的应用需求，如何提高系统效率、响应速度及并网电能质量，成为光伏逆变器的研究热点。
　　本研究主要内容包括：⑴根据光伏阵列等效电路研究其输出特性，在对常用的最大功率点跟踪算法进行对比分析的基础上，提出将恒定电压法与变步长扰动观测法结合改进，兼顾算法的快速性和准确性，而后通过建模仿真验证了方法的有效性。⑵介绍多种逆变桥式拓扑，阐述了常用H4桥拓扑及新型H6桥拓扑的工作原理，对效率、漏电流抑制能力等进行比较分析，决定本文逆变器采用H6拓扑，该拓扑效率较高且抑制漏电流能力强，综合性能优良。⑶阐述了基于功率前馈的电压电流双闭环并网控制策略。电压外环采用PI控制，并添加数字滤波环节以减少谐波含量;为提高系统动态响应速度引入了功率前馈控制;电流内环采用响应快、精度高的无差拍控制方法，并针对该方法存在的延时问题，提出了一种预测型无差拍控制方法，改善并网电流质量。仿真和实验结果均验证了该并网控制策略具有良好的控制效果。⑷在论述孤岛效应原理的基础上，介绍了多种孤岛检测方法。对主动频率扰动法检测效果受到本地负载性质影响的问题，提出了改进的周期性双向正反馈主动频率扰动法，仿真结果表明该方法可有效检测孤岛效应。⑸设计研制逆变器样机。给出了硬件整体结构及部分电路的原理图、核心元器件选型和整体软件流程，并对其进行性能测试，样机运行良好，各项性能均符合预期要求。

目录

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致谢

摘要

插图清单

附表清单

1 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 光伏产业国内外发展现状

1．3 光伏发电系统简介

1．4 并网光伏并网逆变器简介

1．4．1 光伏逆变器结构及拓扑

1．4．2 光伏并网逆变器控制方法

1．5 本文的主要工作

2 光伏并网发电系统最大功率点跟踪技术

2．1 光伏并网发电系统的基本结构

2．2 最大功率点跟踪技术

2．2．1 光伏阵列特性分析

2．2．2 MPPT算法

2．3 最大功率点跟踪模块建模仿真

2．3．1 电导增量法

2．3．2 扰动观测法

2．3．3 仿真结果

2．3．4 扰动观测法改进

2．4 本章小结

3 H6拓扑单相光伏逆变器

3．1 单相光伏逆变拓扑简介

3．2 H4桥和H6桥拓扑对比分析

3．2．1 工作原理

3．2．2 拓扑效蜜

3．2．3 共模电流

3．2．4 分析比较

3．3 本章小结

4 光伏并网逆变器控制策略

4．1 概述

4．2 并网逆变器的技术指标

4．3 锁相环技术

4．4 电流跟踪控制策略

4．5 基于功率前馈的系统并网控制策略

4．5．1 外环电压环

4．5．2 功率前馈控制

4．5．3 内环电流环

4．6 电流控制器控制方法

4．6．1 常用方法简介

4．6．2 无差拍控制

4．7 方法验证

4．7．1 系统建模仿真

4．7．2 实验平台结果

4．8 本章小结

5 孤岛检测技术

5．1 孤岛效应

5．2 孤岛检测技术原理

5．3 常用孤岛检测方法

5．3．1 外部检测法

5．3．2 内部检测法

5．4 主动频移法及其改进

5．4．1 主动频率扰动法的缺陷

5．4．2 改进方法

5．4．3 仿真验证

5．5 本章小结

6 试验样机搭建

6．1 硬件设计

6．1．1 主电路

6．1．2 控制电路

6．1．3 人机界面系统电路

6．2 软件设计

6．2．1 主程序

6．2．2 中断程序

6．2．3 人机界面程序

6．3 运行效果

6．4 本章小结

7 结论

7．1 总结

7．2 不足与展望

参考文献

攻读学位期间的科研成果

作者简介