三相单级式光伏并网发电系统综合控制与应用

摘要

光伏发电作为清洁可再生能源的重要利用形式，得到了飞速发展。随着光伏发电成本降低，效率不断提高以及政府各项政策的支持，大中型光伏并网电站将成为未来太阳能利用的主要方向之一。 光伏电站并网发电系统是集并网运行、最大功率点跟踪、孤岛检测等关键技术于一体的复杂控制系统。本文首先分析了太阳能电池的工作特性，建立基于外特性的数学模型，在此基础上着重阐述了光伏电池最大功率点跟踪原理，并对目前常用的干扰观测法和电导增量法进行分析。并网逆变器是功率电路的核心，应用于光伏发电的逆变器拓扑众多，本文详细介绍了三相单级式光伏并网逆变器即四象限电压型PWM整流器的数学模型、工作原理、控制方法和各项参数的设计，为有源逆变控制提供相关的理论指导；孤岛是分布式发电系统特有现象，文章根据孤岛的概念和检测标准，重点分析了主动式和被动式孤岛检测方法；在上述理论基础上，设计并制作一台100KVA基于TMS320LF2407为核心控制器，采用同步PI电流控制技术的三相单级式光伏并网发电系统，并对其进行实验研究。 仿真和实验内容主要包括系统额定功率的并网发电、最大功率点跟踪以及孤岛检测。实验结果验证了本系统电路结构、器件参数选择以及控制器设计的正确性和稳定性；验证了并网逆变器在同步PI电流控制技术下四象限运行的可行性；验证了主动有功干扰法和无功补偿法在孤岛检测上的可靠性和准确性。

目录

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致谢

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 光伏发电概述

1.2.1 光伏发电现状和预测

1.2.2 中国光伏发电发展状况

1.3 光伏发电分类和关键技术

1.3.1 光伏发电分类

1.3.2 光伏发电关键技术

1.4 论文结构和本文研究的内容

2 太阳能电池特性分析

2.1 太阳能电池概述

2.2 太阳能电池工作原理和特性分析

2.2.1 太阳能电池建模

2.2.2 光伏电池工作特性分析

2.3 光伏电池最大功率点

2.4 最大功率点跟踪算法

2.4.1 干扰观测法

2.4.2 电导增量法

3 三相单级式光伏并网逆变器工作原理与控制

3.1 光伏发电用逆变器拓扑结构

3.1.1 并网逆变器拓扑结构分类

3.1.2 本系统逆变器拓扑选择

3.2 三相单级式光伏并网逆变器的工作原理

3.2.1 三相半桥电压型PWM整流器数学模型

3.2.2 同步PI电流控制技术

3.2.3 空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)

3.3 参数设计

3.3.1 并网变压器设计

3.3.2 三相交流侧电感设计

3.3.3 直流侧支撑电容设计

3.4 仿真验证

4 光伏并网发电孤岛效应与检测方法

4.1 孤岛产生的原因及危害

4.2 孤岛检测标准

4.3 孤岛检测方法

4.3.1 被动式孤岛检测方法

4.3.2 主动式孤岛检测方法

5 系统实现和实验研究

5.1 功率电路设计与控制

5.2 DSP为核心的控制系统设计

5.2.1 TMS320LF2407 为核心控制系统

5.2.2 AD采样与系数计算

5.2.3 IGBT驱动与保护模块2SD315A

5.2.4 软件控制的实现

5.3 三相单级式光伏并网发电系统实验研究

5.3.1 并网实验结果与分析

5.3.2 孤岛检测实验结果与分析

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 进一步完善的工作

参考文献

附录

作者简历