带APF的单相光伏并网发电系统

论文摘要

本文针对类似屋顶光伏并网发电这类中小功率的应用场合,研究了一种带有源滤波功能的单相光伏并网发电系统的方案。本方案中系统除了能将光伏电池输出的功率送入电网外,还能够补偿本地负载的无功和谐波。这样实现了一套装置的多功能使用,改善了电网的电能质量又提高了整个系统的利用率。本文采用基于Fryze无功理论的谐波补偿算法,证明了它和瞬时无功理论相比,并不存在时延长的缺点。而且由于Fryze无功理论概念清楚,通过化简,可以以很简单的计算过程应用于带APF单相光伏并网发电系统中,文中做了推导,并给出了仿真结果。在并网发电系统中,对于电网电压的幅值、相位、频率的检测是一个重要的环节。本文提出了一种基于软件的幅值、相位、频率一体化检测算法。AD采样后的输入信号经过一时延环节,得到与基波正交的信号。此信号和原输入信号一起,送入相位校正环节,对输出的相位和幅值信号进行控制。当系统进入稳态附近后,控制方法切换到用频率间接控制相位的方式,从而得到稳定的幅值、相位、频率信号。同时,该算法采用了变采样频率的方法,更适合在MCU或DSP上编程。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。本文选择串级式结构作为逆变系统结构。在这种结构下,主电路分为两个部分:第一部分是DC-DC升压电路,第二部分是DC-AC逆变电路。DC-DC升压电路除起升压作用外,还同时作为最大功率跟踪控制器。本文对电路原理和参数计算做了研究。本文研究并制作了控制电路,编写了控制程序,利用实验室的强电实验平台对本方案进行了实验,实验结果表明本方案的设计是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光伏发电的介绍
• 1.1.1 光伏发电的现状和趋势
• 1.1.2 光伏并网发电技术的研究现状
• 1.2 电网系统的无功功率与谐波问题
• 1.2.1 无功与谐波的产生和危害
• 1.2.2 无功与谐波的补偿装置
• 1.3 本文的主要研究内容及意义
• 第二章 谐波检测和并网发电一体化算法的设计
• 2.1 引言
• 2.2 瞬时无功理论
• 2.2.1 瞬时无功理论基本原理
• 2.2.2 瞬时无功理论在无功和谐波检测中的应用
• 2.2.3 瞬时无功理论在单相电路中的应用
• 2.2.4 瞬时无功理论的本质和不足
• 2.3 基于Fryze 无功理论的APF 补偿算法
• 2.3.1 Fryze 无功理论
• 2.3.2 Fryze 无功理论与瞬时无功理论在APF 应用中的比较
• 2.4 Fryze APF 算法在光伏发电系统中的应用及仿真
• 2.4.1 算法结构的简化
• 2.4.2 MATLAB 仿真
• 第三章 新型软件锁相环算法的设计
• 3.1 引言
• 3.2 算法结构
• 3.3 算法原理分析
• 3.3.1 动态过程1——相位直接控制
• 3.3.2 动态过程2——相位间接控制
• 3.3.3 稳态性能——频相控制
• 3.3.4 算法切换的判断标准
• 3.3.5 变采样率
• 3.4 仿真和实验
• 3.4.1 matlab 仿真
• 3.4.2 采用DSP 实验
• 第四章 系统主电路设计
• 4.1 引言
• 4.2 主电路结构设计
• 4.2.1 逆变电路拓扑的介绍
• 4.2.2 本文主电路结构的设计
• 4.3 电压型全桥电路工作原理分析
• 4.3.1 开关状态分析
• 4.3.2 死区时间及其影响
• 4.4 主电路参数的设计
• 4.4.1 直流母线电压的选择
• 4.4.2 功率器件的选择
• 4.4.3 直流母线电容的设计
• 4.4.4 滤波器的设计
• 第五章 控制系统的设计
• 5.1 引言
• 5.2 控制电路设计
• 5.2.1 2812DSP
• 5.2.2 CPLD
• 5.2.3 采样电路设计
• 5.3 主电路控制方法
• 5.4 控制软件设计
• 5.4.1 程序框架
• 5.4.2 采样和控制速率
• 5.4.3 EV 模块和PWM 的产生
• 5.4.4 使用类的优点
• 第六章 实验结果和分析
• 6.1 引言
• 6.2 实验方案
• 6.3 实验结果
• 6.4 实验结果分析
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文取得的研究成果
• 7.2 对于后续课题研究的思考和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录