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随着经济的快速发展,人类社会对于能源的依赖程度越来越高,能源问题影响着社会的进步和发展,已经引起世界范围内许多国家的关注。由于传统化石能源的不可再生性,改善现有能源结构、大力发展和利用新型能源,已经成为解决能源问题的普遍共识。太阳能具有可再生性、广泛性等一系列优点,是一种优良的新能源。作为太阳能利用的有效形式之一,光伏发电技术成为当下的研究热点。
光伏并网逆变器是光伏发电系统的核心部件,逆变器性能的优劣直接影响着发电系统的效率和可靠性。基于级联H桥的双级式逆变器能够较好的应用于高电压场合,同时输出电平数多、电能质量较高,符合当下光伏并网系统的发展。这种逆变器拓扑分为DC/DC级和DC/AC级,其中DC/DC级控制逆变器直流侧电压,DC/AC级实现并网逆变功能,本文的研究重点为逆变器后级,即DC/AC级。在分析比较了几种常见电路的优缺点之后,确定了逆变器DC/AC级的主电路拓扑,并根据应用场合的需要对H桥主要元器件进行了选型。
并网发电是光伏并网逆变器的主要功能,因此并网逆变控制策略的设计显得尤为重要。本文首先研究了基于电流闭环的逆变控制策略,对于使用到的电网电压前馈、PI调节器参数配置等技术进行了数学分析和计算。对于级联型逆变器可能出现的电压不平衡现象,本文也提出了一种基于占空比修正的补偿方式,改善了电压不平衡时,系统输出的电能质量。在此基础上,针对三相逆变器采用前馈解耦控制策略,并在同步旋转坐标系下设计了功率控制环,实现了逆变器输出有功功率和无功功率的独立控制。针对所研究的级联H桥逆变器,采用基于单极倍频的载波移相调制策略,并建立了这种调制方法的数学模型。最后通过仿真分析,验证了并网逆变控制的可行性。
针对光伏并网发电系统的特殊性,本文在并网逆变控制的基础上研究了孤岛检测技术。孤岛效应对于分布式发电系统的安全性会造成一定影响,因此孤岛检测技术对于光伏并网逆变器尤为重要。对孤岛效应的非检测区建立了数学模型之后,本文提出了基于正反馈的孤岛检测方法,并在MATLAB/Simulink平台下进行了仿真比较,证明了这种检测技术能够有效减小非检测区,并且不会对逆变器输出电流的电能质量造成影响。
最后,本文从硬件设计和软件设计两方面介绍了级联型逆变器的控制系统,分析了控制板主要电路及FPGA程序的工作原理。通过实验,验证了级联型并网逆变器的可行性。