10kW光伏并网逆变器的研制

【摘要】：世界经济的发展以及对能源的需求增加,导致能源短缺成为社会发展必须面临的问题,而光伏并网发电技术是解决能源短缺的一个重要途径。 本文以两级式单相及三相光伏并网系统为研究对象,对光伏阵列的模型及特性、MPPT及反孤岛保护算法、并网逆变器的电流控制、原理样机的研制等关键性技术问题进行了理论分析和应用研究。 光伏阵列是光伏并网发电系统的基础部件,对光伏阵列输出特性的分析对于研究光伏并网发电系统至关重要。本文基于光伏电池物理等效模型,建立了光伏阵列的数学模型。基于所建立的数学模型,采用Simulink模块构建了光伏阵列仿真模型,搭建仿真电路验证了光伏阵列仿真模型的输出特性。 最大功率点跟踪是光伏并网系统中影响转化效率的关键技术。本文分析了常用的几种MPPT控制算法,并进行了仿真验证,通过对仿真结果的分析比较,总结出了各自算法的缺点,提出了一种基于黄金分割法的变步长MPPT算法,并给出了仿真结果。 电流闭环控制技术决定着并网逆变器的并网电流波形质量、外界环境发生变化时电流的动态响应。本文比较了并网逆变器的并网电流控制的几种算法,采用一种改进的电流预测控制算法,并对该算法进行了仿真验证。 基于电流前馈解耦的双环控制是三相并网逆变器的传统控制方式。本文推导了基于通用矢量的等幅值坐标变换,构建了三相光伏并网逆变器的数学模型,针对该数学模型,推导了电流前馈解耦PWM控制策略并对该控制策略进行了仿真验证。 孤岛现象是光伏并网系统的特殊问题,在实际应用中要加以避免。本文对反孤岛保护的原理和非检测区形成原理进行了分析,比较了主动式和被动式反孤岛保护常用的几种方法,最终采用被动式和主动式反孤岛保护相结合的方法,并进行了仿真验证。 本文分别对单相和三相逆变器的主电路进行选型计算和硬件设计,搭建了单相和三相光伏并网逆变器样机,在样机上对MPPT、反孤岛保护和并网控制算法进行了实验验证,实验结果表明设计的控制算法能够保证光伏并网逆变器的稳定运行。