具有补偿功能的单相光伏并网逆变器的研究

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近年来,分布式发电技术飞速发展,分布式电源得到广泛的应用,越来越多的分布式电源通过直接接入电网的方式为本地负载供电。但是无论那种形式的分布式电源,都会不同程度的向电网注入谐波电流,加上本地非线性负载向电网注入的谐波电流,使得电网电流谐波污染严重,同时随着能源的紧张和环境污染,光伏并网发电作为分布式发电方式的一种,也越来越受到重视。如何发挥光伏发电自身的优势的同时减小电网的谐波污染,提高电网的供电质量,成为光伏并网发电领域中的一个研究热点。   本文着眼于具有补偿功能的单相并网逆变器的研究,该并网逆变器能够向电网注入有功功率的同时,补偿电网的谐波电流和无功电流,提高电网的供电质量。目前本课题的研究还处于起步阶段,存在大量的问题亟待解决;本文将针对其中的一些具体问题,提出解决的方法。论文的主要工作如下:   针对并网逆变的高频谐波抑制,本文通过模型和参数的分析,对比了L型滤波器和LCL滤波器的优缺点,将LCL滤波方式运用到具有补偿功能的并网逆变器中,该滤波方式能有有效的降低逆变器高频纹波电流,适合大功率的并网逆变系统,给出了LCL滤波器的设计方法,同时对运用该滤波方式的并网逆变器的控制参数进行了设计。   本文重点研究了电网电压畸变情况下并网逆变器的输出控制。电网电压畸变是接入大量分布式电源电网常出现的情况,电网电压畸变会对并网逆变器的输出造成严重影响,导致更多的谐波电流注入电网,形成恶性循环;针对这种情况,本文详细研究了传统的电网电压前馈控制在抑制高频谐波电压对并网逆变器输出电流影响存在的不足之后,提出利用滤波器电容电流进行前馈的控制方式。该前馈控制方式相对于电网电压前馈,输出电流对于电网的阻抗明显提高,而且抑制带宽也明显增大。通过对比仿真研究表明,在电网电压畸变的情况下,通过该前馈控制的并网逆变器输出电流的谐波含量相对于电网电压前馈控制的并网逆变器的输出电流的谐波含量明显下降。   本文还对光伏电池的最大功率跟踪进行了研究,针对开发具有补偿功能的并网逆变器的另一目的是降低光伏并网系统的使用成本,本着这一目的,本文提出了一种无电流传感器的光伏电池最大功率跟踪。该算法利用滑模观测器能够对状态方程的状态变量进行重构这一原理,对光伏电池的输出电流进行了估算,减少了控制系统电流传感器的使用,实现了降低系统成本的目的。   最后,通过在Matlab/Simulink仿真软件中建立的仿真平台,验证了本文所给出的设计和提出的控制方法和控制策略,给出了仿真结果。
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