光伏并网逆变器控制策略的研究.doc
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题目：
光伏并网逆变器控制策略的研究
光伏并网逆变器控制策略的研究
摘要
世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭，促使了对新能源的开发和发展。
具有可持续发展的太阳能资源受到了各国的重视，各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到推波助澜的作用。
其中，光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义，仅在过去五年，光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦。
而连接光伏阵列和电网的光伏并网逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键 。
本文通过按主电路分类、按功率变换级数分类和按变压器分类的三大类划分逆变器的方法分别介绍了每个逆变器电路的拓扑结构。
之后本文首先介绍了国内外并网逆变器的研究状况以及相关并网技术标准，比较了当前主流的控制技术。
然后,详细的阐述了光伏并网发电逆变器系统的整体设计和各单元模块的设计,其中包括太阳能电池组、升压斩波电路、逆变电路和傅里叶变换。
在简要介绍了系统的结构拓扑和控制要求之后，论文重点研究了基于电流闭环的矢量控制策略，阐述了其拓扑结构、工作原理及运行模式。
为了深入研究控制策略，分别建立了基于电网电压定向的矢量控制和基于虚拟磁链定向的矢量控制。
最后，本文针对几种产生谐波的原因，对L、LC、LCL三种滤波器进行了比较分析。
最后，本文对光伏并网的总系统进行了MATLAB仿真，由于时间的限制，只做出了通过间接控制电流从而达到控制有功无功公功率的仿真。
关键词：
光伏并网，逆变器电路拓扑，电流矢量控制，谐波
PHOTOVOLTAIC（PV）GRIDINVERTERCONTROL
STRATEGYRESEARCH
Abstract
Worlddeterioratingenvironmentandtheincreasingdepletionoftraditionalenergysourcespromptedthedevelopmentofnewenergyanddevelopment.Solarenergyresourcesforsustainabledevelopmenthasbeennationalattention,solarcountrieshavecontributedtotheseverityoftheintroductionofthenewenergylawdevelopments.Amongthem,thephotovoltaicpowergenerationhasprofoundtheoreticalandpracticalsignificance,onlyinthepastfiveyears，thetotalinstalledphotovoltaicpowerplanthasreachedthousandsofmegawatts.ConnectedPVarrayandgridPVgrid-connectedinverteristhewholekeyphotovoltaicpowergenerationsystem.
BasedclassificationbymaincircuitandthepowerlevelclassificationandDivisionofthreecategoriesclassifiedbytransformerinverterofmethodseachinverterscircuittopologiesareintroduced.Thisarticleintroducesthedomesticandforeignresearchongrid-connectedinvertersandrelatedtechnicalstandardsforgrid-connected,comparedthecurrentmainstreamtechnology.Thendetailagrid-connectedphotovoltaicinvertersystemdesignandthemodulardesign,includingsolararrays,chop-wavecircuit,invertercircuitsandFouriertransform.
Brieflyintroducesthesystemtopologyandcontrolrequirements,thispaperfocusesonthecurrentloop-basedvectorcontrolstrategies,describesthetopologicalstructure,workingprincipleanditsoperatingmode.Inordertostudythecontrolstrategieswereestablishedbasedonpowersystemvoltageorientedvectorcontrolbasedonvirtualflux-orientedvectorcontrol.Finally,forseveralreasonsforharmonic,l,LC,LCLcomparesandanalysesthethreetypesoffilters.
Keywords:
Photovoltaic,inverterscircuittopologies,currentvectorcontrol,harmonic
目录
1绪论 1
1.1光伏发电并网逆变器的研究目的背景及意义 1
1.2光伏发电并网逆变器的国内外研究概况 2
2并网逆变器 3
2.1逆变器作用及结构 3
2.2并网逆变器的发展 3
2.3并网逆变器分类及拓扑 5
2.3.1按主电路分类 5
2.3.2按功率变换级数分类的拓扑结构 6
2.3.3按变压器分类的拓扑结构 7
2.4光伏并网逆变器控制技术 9
2.4.1常规控制 9
2.4.2智能控制 10
3并网逆变器各部分设计 12
3.1太阳能电池板 12
3.1.1光伏电池数学模型和输出特性 13
3.2DC-DC变换器 15
3.3DC-AC逆变器 17
3.3.1逆变技术的应用及基本原理 17
3.3.2单相半桥逆变电路 18
3.3.3单相全桥逆变电路 19
4并网逆变器的控制策略 21
4.1并网逆变器的控制策略分类 21
4.1.1间接电流控制 21
4.1.2直接电流控制 22
4.2基于电流闭环的矢量控制策略 23
4.2.1同步坐标下并网逆变器的数学模型 24
4.2.2基于电压定向的矢量控制（VOC） 26
4.2.3基于虚拟磁链定向的矢量控制（VFOC） 29
4.3并网逆变器产生的电流谐波分析 33
4.3.1低次谐波产生原因 33
4.3.2三相并网逆变器输出滤波器的对比分析 34
5并网逆变器的MATLAB仿真 35
5.1总仿真图 35
5.2太阳能电池板部分 35
5.3升压斩波电路部分 38
5.4逆变部分 38
总结 41
参考文献 42
致谢 43
1绪论
1绪论
1.1光伏发电并网逆变器的研究目的背景及意义
随着全球环境污染与能源紧缺问题的日益严重，寻找新能源已经是各国不得不面临的现实。
进行光伏发电并网逆变器控制系统的研究对于解决全球日益面临的能源危机有深远的意义，不但可以在技术上进一步取得完善，取得工程经验，而且可以确定其经济的可行性，光伏发电只有进入电力规模的应用，才能真正对于缓解能源紧张和抑制环境污染起到积极作用，光伏发电并网逆变器控制系统研究的重点应该放到并网发电的经济政策研究和具有商业化前景的实用技术上。
光伏并网发电的大规模推广除了节约能源与减少环境污染外，还能够刺激光伏工业的迅速壮大，达到能源可持续性发展的目的，同时还可以提供大量的就业机会。
要实现光伏并网发电，光伏并网逆变器是关键。
目前，独立光伏电站所用的逆变器相对较成熟，并已大规模应用，但并网逆变器技术相对落后，国外的并网逆变器价格高昂，在国内推广应用十分困难。
为了实现自主研发生产，国内一些企业与高校正开始做相关方面的研究，且均为示范系统，还没有实现产业化，为推动光伏并网发电系统的普及应用，自主研发光伏并网逆变器控制系是我们长期致力于研究的课题。
我国正处在经济转轨和蓬勃发张时期，但能源问题严峻，城市中由于大量使用化石能源，环境持续恶化。
2000年世界卫生组织（WHO）公布世界上污染最严峻的十大城市中，中国占了八个，其中北京居于第七位。
大力发展光伏并网发电将有助于今早解决这一问题。
国家有关领导部门已经开始给予足够重视，首先是国家科技部已规划有步骤地推进相关的科技创新研究、示范及其产业化进程。
“八五”和“九五”期间把“光伏屋顶并网发电系统”列入了“国家科技公关计划”，在深圳和北京分别建成了一些光伏屋顶并网发电系统的示范工程。
到目前为止，我国光伏并网发电的关键技术及设备仍主要来自进口，但面对如此巨大的国内需要，脚踏踏实实地发展具有自我知识产权的相关高技术，进而实现其产业化，已是刻不容缓的事情。
在光伏并网发电系统中，其具体目的表现为：
（1）实现高质量的电能转换，将太阳能光电转换组件阵列产生的直流电转换成220V、50Hz的单相、正弦波，其电流和电压的畸变率均小；
（2）实现系统的安全保护要求，如输出过载保护输出短路保护、输入接反保护、直流过压保护、交流过压和欠压保护、“孤岛”保护及装置。
光伏发电并网逆变器的研究就是如何将光转换为电能，本课题着重研究其新的发展方向，更为方便的利用太阳能解决发电问题是我们今后长期发展的课题，也是世界今后大体走向。
太阳能光伏并网发电工程的实际效果看出，采用太阳能光伏发电技术，对太阳能并网发电的推广应用在技术是可行的，经济上是可取的，对社会环保和人类可持续发展更是具有深远的影响和重要意义。
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水利电力学院
1.2光伏发电并网逆变器的国内外研究概况
目前国外光伏并网你变气产品的研发主要集中在最大功率跟踪和逆变环节集成的单机能量变换上，功率主要为几百瓦到五千瓦的范围，控制电路主要采用数字控制，注意系统的安全性、可靠性和扩展性，具备有各种完善的保护电路。
国内对并网逆变器的研究比较多的采用最大功率跟踪，逆变部分相分离的两级能量变换结构，而且市场产品的种类还相对单一，系统构建死板，光伏并网发电系统在我国还没有真正投入商业化运行的应用，目前所建广发并网系统均为示范工程。
作为光伏并网发电系统核心环节的并网型逆变器还主要依赖进口或者合作研究。
在众多分布式发电功能技术中，太阳能产业是全世界公认的最有前途的能源产业，世界各国都将光伏发电作为发展的重点。
美国政府最早制定光伏发电的发展规划，能源部和有关州政府制定了光伏发电的财政补贴政策，总光伏安装是已达到3000兆瓦以上，连续三年光伏产业均以高于30%的年增长率
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