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随着传统能源的锐减及环境污染的加剧,新能源的开发利用受到世界各国的普遍关注。太阳能以其独特的优点越来越受到重视。并网光伏发电作为太阳能光伏利用的主要形式,得到了快速的发展。此外,电力电子技术的发展以及高性能的数字信号处理芯片(DSP)的出现,使得一些先进的控制策略应用于并网光伏逆变器成为可能。本论文就是在这种背景下,对并网光伏逆变系统中的核心器件逆变器进行了研究。逆变器作为光伏阵列和电网接口的主要设备,它的性能决定着整个光伏发电系统的性能。为了将光伏阵列产生的电能最大限度且无污染地馈入电网,并实现其稳定、可靠和精确地运行,就需要对逆变器的主电路拓扑结构及其控制策略进行深入研究。
论文首先分析了光伏发电的国内外现状及发展前景,对光伏发电系统的种类、结构及并网标准进行了综述。介绍了逆变器的分类并通过详细分析比较逆变器的拓扑结构,最终确定了两级式全桥逆变器拓扑(单相和三相)作为本论文的主要研究对象;对现有的并网逆变器控制策略进行了比较,并分析了各种控制策略的特长、应用场合及各自的局限性,最终确定将比例谐振控制算法作为本文逆变器的瞬时电流控制方案。
接下来分别对并网光伏逆变系统进行了建模。选用boost电路作为前级升压电路,并建立了其数学模型;建立了单相并网光伏逆变器的数学模型,并分析了其工作原理,针对三相并网光伏逆变器的特点,建立了并网光伏逆变器的状态空间数学模型。
然后,分析了太阳能电池的模型及输出特性,给出了系统的整体控制策略框图,比较了几种常用的最大功率点跟踪(MPPT)控制方案,并选取了改进爬山法MPPT方案;对逆变器输出电流比例谐振控制策略进行了深入的分析,推导了其在频域中的传递函数,分析了其无静差跟踪正弦信号的机理,并给出了其模拟实现方式和数字实现方法。
接着,用仿真软件MATLAB对并网光伏逆变系统进行了仿真,验证了算法的可行性和有效性。简要介绍了利用dSPACE系统设计实验的流程及其在该过程中所需要用到的工具,并利用dSPACE对本文所给出的MPPT控制以及逆变器的比例谐振电流控制策略进行了验证。仿真和实验结果表明:本文设计的两级式并网光伏逆变系统较好的实现了本文所选用控制方案应该实现的各项功能,控制方案简单适用,系统性能良好。
最后,对本文所做的工作进行了总结,分析指出了本文工作的重点及其不足之处,并对本课题未来的研究工作给进行了展望。