光伏逆变器并联控制及谐波环流抑制方法的研究

摘要

光伏发电是分布式电力系统的一种重要形式，具有广阔的发展前景。光伏发电系统的核心设备就是逆变器，随着人们对电量需求的增大，对发电系统的性能、容量和可靠性的要求也变得越来越高，单台光伏逆变器已达不到要求，因此，对光伏逆变器的并联控制技术进行研究有着重要的现实意义。本文以两台单相光伏逆变器并联系统为研究对象，对逆变器并联控制策略及并联系统谐波环流抑制方法展开了研究。
　　首先选择了一种两级式无隔离型结构作为光伏逆变器的主电路拓扑，建立单台逆变器等效模型与两台逆变器并联运行的等效模型，通过等效模型，对逆变器并联系统的环流进行了理论分析，并着重探讨了逆变器并联运行优化控制策略，对传统的下垂控制法进行改进，即在传统下垂控制前引入新的下垂量，实现各有功通道和无功通道之间的解耦，使各逆变器合理分配有功功率和无功功率。其次，分析了逆变器并联系统谐波环流产生原因及影响，针对逆变器无线并联系统带非线性负载的情形，提出了一种基于解耦控制的并联系统谐波环流抑制方法。在改进下垂控制方案的基础上增加谐波功率均分控制，提出从总的视在功率中解耦出谐波功率，加入谐波功率控制器，通过减少谐波功率的大小来抑制谐波环流的方法。为了快速跟踪补偿变化的有功、无功功率和谐波功率，引入瞬时无功功率理论，对有功功率、无功功率和谐波功率进行快速有效的检测和计算，从而提升并联系统特性和动态均流能力。最后，对控制系统的软硬件部分进行了详细的设计，包括主电路的器件参数与选型、DSP控制电路及相应的软件设计，并通过MATLAB/Simulink仿真平台与样机实验分析比较加入谐波功率均分控制前后的并联系统特性。
　　仿真和实验结果表明了所提出的基于解耦控制的并联系统谐波环流抑制方法可明显抑制逆变器并联系统间的谐波环流，提高逆变器并联系统输出电压的质量，实现逆变器对功率的精确分配，改善逆变器无线并联系统带非线性负载的性能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 逆变器并联控制及谐波环流抑制的研究现状

1．2．1 逆变器并联技术概述

1．2．2 并联控制方式的研究现状

1．2．3 逆变器并联系统谐波环流抑制现状

1．3 本文主要研究内容

2 光伏逆变器并联系统控制策略研究

2．1 光伏逆变器并联系统单元模型分析

2．1．1 主电路拓扑结构

2．1．2 单台逆变器等效模型

2．1．3 单台逆变器控制系统分析

2．2 光伏逆变器并联系统模型分析

2．2．1 逆变器并联运行基本原理

2．2．2 逆变器并联运行等效模型

2．2．3 并联系统环流分析

2．3 逆变器并联运行控制策略

2．3．1 传统下垂控制法

2．3．2 改进的下垂控制法

2．4 本章小结

3 光伏逆变器无线并联系统谐波环流抑制方法

3．1 并联系统的谐波环流

3．2 逆变器输出阻抗分析

3．3 基于解耦控制的谐波环流抑制方法

3．3．1 谐波功率的解耦原理

3．3．2 谐波功率调节器设计

3．3．3 逆变器无线并联系统整体控制策略

3．4 功率计算方法

3．4．1 瞬时功率理论

3．4．2 谐波电流检测及输出功率计算

3．5 本章小结

4 光伏逆变器无线并联系统软硬件设计

4．1 并联系统整体控制方案

4．2 并联系统主电路设计

4．2．1 Boost储能电感

4．2．2 直流母线电容

4．2．3 输出滤波器

4．2．4 逆变模块

4．3 控制电路设计

4．3．1 采样信号调理电路

4．3．2 电压过零检测电路

4．3．3 保护电路

4．3．4 驱动电路

4．3．5 串口通信接口电路

4．4 并联系统软件设计

4．4．1 系统主程序

4．4．2 CAP捕捉中断

4．4．3 PWM定时中断

4．4．4 通信中断

4．5 本章小结

5 仿真分析与实验验证

5．1 系统仿真

5．2 系统实验

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介