三相光伏并网电流型PWM逆变器的研究

论文摘要

随着世界能源紧缺和环境污染问题的日益严重,新能源的发展越来越受到世界各国的关注。太阳能作为一种清洁的绿色能源,在光伏发电系统中具有广阔的发展前景。光伏并网发电是太阳能发电系统应用的发展趋势,并网逆变器是光伏并网发电必不可少的。传统的光伏并网系统中的逆变器多采用电压型PWM逆变器,它只能工作在直流电压恒定且高于电网电压峰值的情况,采用的拓扑结构通常为两级或多级形式。这不仅增加了功率损耗而且电路结构也较复杂。而电流型PWM逆变器可工作在直流电压低于电网电压峰值的场合,且能够实现直流侧电压宽范围调节,用于光伏并网系统中可以省掉电压型PWM逆变器的升压环节,结构简单、成本低,可以很好地适应光源从弱光到强光的特性。本文着重研究了三相光伏并网电流型PWM逆变器及其控制策略,主要包括以下几方面内容。首先分析了三相光伏并网电流型PWM逆变器的工作原理,建立了在三相静止坐标系下的低频模型和高频模型。提出了电流型PWM逆变器的SPWM调制信号的产生和分配技术,通过自然采样规则将电压型二值逻辑信号转化为电流型三值逻辑SPWM信号,并按照最小开关原则分配零矢量。在研究光伏电池的输出特性基础上建立了光伏电池的通用仿真模型,基于该模型完成了整个系统的仿真分析。在综合比较各种最大功率点跟踪(MPPT)算法的基础上提出变步长电导增量法。对三相光伏并网电流型PWM逆变器的主电路参数进行了设计,详细介绍了直接电流控制策略的原理,并将这一控制策略应用于并网系统中,对整个系统进行了PI参数设计。在理论分析的基础上,对整个系统的硬件电路设计进行了详细的介绍,构建了一套1kW实验样机,实验验证了上述理论分析的结果。实验结果表明将直接电流控制策略应用于三相光伏并网电流型PWM逆变器,不仅实现了逆变器网侧电流正弦化并与网侧电压同相位,而且实现了直流侧电压宽范围调节,提高了系统动态性能,更适合于光伏并网。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 光伏并网逆变器的研究现状
• 1.2.1 光伏并网逆变器的拓扑结构
• 1.2.2 电压型并网逆变器的发展现状
• 1.2.3 电流型并网逆变器的发展现状
• 1.3 本文所做的工作
• 第2章 三相光伏并网电流型PWM逆变器的分析
• 2.1 三相光伏并网电流型PWM逆变器的原理与建模
• 2.1.1 基本原理
• 2.1.2 数学建模
• 2.2 SPWM调制信号的产生和分配
• 2.3 最大功率点跟踪方法研究
• 2.3.1 光伏电池的原理及特性
• 2.3.2 经典MPPT方法介绍
• 2.3.3 本文采用的MPPT控制算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 三相光伏并网电流型PWM逆变器的设计
• 3.1 主电路参数的设计
• 3.1.1 直流侧电感的设计
• 3.1.2 交流侧LC滤波环节的设计
• 3.2 并网控制系统的设计
• 3.2.1 直接电流控制
• 3.2.2 直接电流控制环路设计
• 3.3 DSP控制系统的实现
• 3.3.1 DSP2407A简介
• 3.3.2 系统软件程序设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 实验装置的构建与验证
• 4.1 硬件电路设计
• 4.1.1 主电路的设计
• 4.1.2 检测电路的设计
• 4.1.3 驱动和保护电路的设计
• 4.1.4 辅助电源电路的设计
• 4.2 仿真验证
• 4.2.1 两级式仿真电路及验证
• 4.2.2 单级式仿真电路及验证
• 4.3 实验验证
• 4.3.1 输出端接三相阻性负载实验波形
• 4.3.2 并网实验波形
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文研究工作总结
• 5.2 今后的工作和展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢