10kW光伏并网逆变器关键技术研究

摘要

随着全球范围内可再生能源突飞猛进的发展，光伏发电在改善能源结构、实现能源多元化、减少环境污染等方面发挥着举足轻重的作用。在光伏发电系统中，分布式光伏发电凭借其容量小、电压等级低、接近负荷、对电网的影响小等众多优势，逐渐成为关注的焦点。本文以国网智研院分布式光伏储能综合发电系统项目为背景，以10kW光伏并网逆变器为研究对象，对其关键技术研究如下:
　　本文通过分析光伏并网逆变器的研究背景及国内外发展现状，对逆变器的分类、构成、功能进行了相关论述;搭建了光伏电池组件的仿真模型，对光伏组件和最大功率点跟踪(MPPT)算法进行合理简化，并结合恒定电压法和扰动观察法的特点对传统的MPPT方法进行改进，提出了一种相对完善的最大功率点跟踪算法，使其兼具追踪速度快和准确性高的优点，并进行了仿真验证。
　　本文针对光伏并网逆变器的拓扑进行了数学公式推导，介绍了光伏并网逆变器在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相同步旋转坐标系下的数学模型，并根据逆变器并网运行时在dq旋转坐标系下的矢量关系，阐述了基于电网电压定向矢量解耦控制方案，给出了电流环的设计步骤，并结合电压环和MPPT环形成了三环控制。
　　同时，本文对光伏并网系统孤岛检测技术的分类和特点进行了介绍，并提出了一种新型的孤岛检测技术。
　　理论及仿真证明，本文所设计的逆变器具有并网波形好，动态反应迅速的优点;通过软硬件系统设计，在样机试验中证明其具有很高的MPPT追踪精度，孤岛检测技术也达到行业标准。目前，本论文研制的10kW光伏并网逆变器已成功应用于国网智研院的光伏储能综合发电系统示范项目中，具有良好的实际应用价值。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景及意义

1．2 光伏发电系统概述

1．2．1 光伏发电系统的组成

1．2．2 光伏发电系统的分类

1．3 光伏逆变器

1．3．1 光伏逆变器研究现状

1．3．2 光伏并网逆变器主要功能

1．4 本文主要工作及研究内容

2 基于10kW的光伏电池新型MPPT技术设计

2．1 光伏电池建模及特性分析

2．1．1 光伏电池模型

2．1．2 10kW光伏电池建模及特性分析

2．2 10kW光伏并网逆变器MPPT技术

2．2．1 常用MPPT技术

2．2．2 MPPT技术改进与优化

2．3 MPPT仿真分析

2．3．1 光伏电池仿真模型建立

2．3．2 MPPT仿真验证

2．4 本章小结

3 10kW光伏并网逆变器控制策略

3．1 10kW光伏并网逆变器电路结构及建模

3．1．1 电路结构

3．1．2 逆变器数学建模

3．2 逆变器控制策略及仿真

3．2．1 并网逆变器的矢量控制

3．2．2 dq坐标系下解耦控制

3．2．3 仿真验证

3．3 空间电压矢量脉冲触发策略及仿真验证

3．3．1 SVPWM基本原理

3．3．2 SVPWM控制算法

3．3．3 仿真验证

3．4 孤岛检测

3．4．1 孤岛检测常用方法

3．4．2 孤岛检测仿真验证

3．5 本章小结

4 10kW光伏并网逆变器软硬件设计

4．1 主电路原理与设计

4．1．1 交流侧电感设计

4．1．2 母线电容设计

4．1．3 IPM智能功率模块选取

4．1．4 高漏感三相隔离变压器设计规格

4．2 控制电路原理与设计

4．2．1 直流电压采样

4．2．2 交流电压采样

4．2．3 IPM驱动

4．2．4 系统用辅助电源

4．2．5 IPM驱动用多路电源

4．2．6 通讯电路

4．3 逆变器软件设计

4．4 本章小结

5 10kW光伏并网逆变器实验特性研究

5．1 逆变器MPPT控制试验

5．2 并网功率转换效率实验

5．3 电网电压、频率响应实验

5．4 孤岛效应检测实验

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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