小功率光伏并網(wǎng)逆變電源的設(shè)計(jì)

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1、目錄摘要IABSTRACTII第一章緒論11.1課題的研究背景與意義11.2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介11.3光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器的要求21.4本文的主要研究?jī)?nèi)容2第二章并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的工作原理32.1并網(wǎng)逆變器的選擇32.1.1并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)的選擇32.1.2并網(wǎng)逆變器回路方式的選擇32.1.3系統(tǒng)的總體方案42.2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理52.2.1前級(jí)電路的工作原理52.2.2后級(jí)電路的工作原理6第三章光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)73.1主電路的設(shè)計(jì)73.2控制電路及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)83.2.2并網(wǎng)同步的實(shí)現(xiàn)83.2.3SPWM波的產(chǎn)

2、生103.2.4保護(hù)電路113.3驅(qū)動(dòng)電路113.4輸出濾波電路123.5輔助電源設(shè)計(jì)123.5.1輔助電源的設(shè)計(jì)要求123.5.2輔助電源設(shè)計(jì)電路133.6系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)133.6.1硬件方面考慮133.6.2軟件方面考慮143.7光伏并網(wǎng)逆變器的仿真建模143.8控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)15第四章光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)及防止策略174.1孤島效應(yīng)及其危害174.2孤島效應(yīng)的檢測(cè)方法174.2.1被動(dòng)檢測(cè)方法174.2.2主動(dòng)檢測(cè)方法184.2.3外部檢測(cè)方法184.2.4本論文采用的孤島檢測(cè)的方法19第五章總結(jié)與展望215.1總結(jié)215

3、.2展望21參考文獻(xiàn)22致謝………………………………………………………………………...36第一章緒論1.1課題的研究背景與意義世界范圍內(nèi)的能源短缺和環(huán)境污染已成為制約人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的兩大重要因素，大力發(fā)展新的可替代能源已成為當(dāng)務(wù)之急。太陽(yáng)能發(fā)電作為一種新的電能生產(chǎn)方式，以其無(wú)污染、安全、資源豐富、分布廣泛等特點(diǎn)顯示出無(wú)比廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備的增加，并網(wǎng)電流諧波帶給電網(wǎng)污染的問(wèn)題也得到了越來(lái)越多重視。為改善并網(wǎng)輸出電流波形，文獻(xiàn)采用了重復(fù)控制來(lái)抑制周期性干擾，但重復(fù)控制響應(yīng)速度慢，使控制系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。文獻(xiàn)提出

4、了使用重復(fù)控制來(lái)改善輸出波形質(zhì)量，本文在此基礎(chǔ)上提出了一種將重復(fù)控制和傳統(tǒng)PI相結(jié)合的控制方法，PI控制使系統(tǒng)有著良好的動(dòng)態(tài)性能，重復(fù)控制用來(lái)抑制周期性干擾，提高跟蹤精度。闡述了一種小功率光伏并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)。該光伏并網(wǎng)逆變器由DC/DC變換器與DC/AC變換器兩部分組成，其中DC/DC變換器采用芯片SG3525來(lái)控制，DC/AC變換器采用數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F240來(lái)控制。由于DSP實(shí)時(shí)處理能力極強(qiáng)，采用合適的算法能確保逆變電源的輸出功率因數(shù)非常接近1，輸出電流為正弦波形。該控制方案已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室得到驗(yàn)證。1.2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)

5、介光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將太陽(yáng)能電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電，并且實(shí)現(xiàn)既向負(fù)載供電，又向電網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、并網(wǎng)逆變器、控制器和繼電保護(hù)裝置組成。光伏陣列是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要部件，由其將接收到的太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換為電能。目前工程上應(yīng)用的光伏陣列一般是由一定數(shù)量的晶體硅太陽(yáng)能電池組件按照系統(tǒng)需要的電壓的要求串、并聯(lián)組成的。并網(wǎng)逆變器是整個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心，它將光伏陣列發(fā)出的電能逆變成220V／50Hz的正弦波電流并入電網(wǎng)。電壓型逆變器主要由電力電子開關(guān)器件組成，以脈寬調(diào)制的形式向電網(wǎng)提供電能

6、。控制器一般由單片機(jī)或DSP芯片作為核心器件，控制光伏陣列的最大功率點(diǎn)的跟蹤、控制逆變器并網(wǎng)電流的功率和波形。繼電保護(hù)裝置可以保證光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的安全性。1.3光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器的要求作為光伏陣列和交流電網(wǎng)系統(tǒng)間進(jìn)行能量交換的逆變器，其安全性、可靠性、逆變效率、制造成本等因素對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的整體投資和收益具有舉足輕重的作用。因此，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)并網(wǎng)逆變器有如下要求：1)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的電能轉(zhuǎn)換。并網(wǎng)逆變器輸出的電流頻率和相位與電網(wǎng)的必須嚴(yán)格一致，以使輸出功率因數(shù)盡可能的達(dá)到1。2)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全保護(hù)要求。如輸出過(guò)載保護(hù)、輸

7、出短路保護(hù)、輸入反接保護(hù)、直流過(guò)壓保護(hù)、交流過(guò)壓和欠壓保護(hù)、孤島保護(hù)及裝置自身保護(hù)等，從而確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。3)具有較高的可靠性。目前光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要在一些自然條件惡劣的地區(qū)，所以逆變器應(yīng)在長(zhǎng)時(shí)間的工作條件下保證低故障率，并具有較強(qiáng)的自我診斷能力，因此所設(shè)計(jì)的逆變器應(yīng)具有合理的電路結(jié)構(gòu)、嚴(yán)格的元器件篩選。4)最大功率的跟蹤。最大限度的利用光伏陣列，提高逆變器的效率。1.4本文的主要研究?jī)?nèi)容本文在學(xué)習(xí)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器工作原理及前人研究的基礎(chǔ)上，研究光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)與控制，進(jìn)一步研究了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島檢測(cè)，并進(jìn)行了較

8、為深入的理論分析和研究。第一章緒論，簡(jiǎn)要介紹了課題背景光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其逆變器，對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)有了初步認(rèn)識(shí)。第二章，對(duì)逆變器主回路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了兩級(jí)并網(wǎng)逆變器