光伏并网逆变器的分析与研究

山东科技大学学士论文

摘要

针对全球范围内能源紧张的局面，开发利用太阳能越来越受到重视。太阳能光伏并网发电是太阳能利用的主要形式，具有广阔的发展前景。本文就是在此背景下，以光伏并网发电系统为研究对象，对并网逆变器的主电路拓扑、控制策略、最大功率点跟踪和孤岛效应做了详细的分析研究。同时对逆变器主电路的拓扑结构做了MATLAB/Simulink的电路仿真分析，讨论了个别参数对电路的影响。

首先，本文介绍了国内外光伏并网发电产业的现状，并对光伏并网发电系统的组成结构、优缺点、发展趋势及光伏并网发电系统对逆变器的要求做了简单介绍，对光伏并网发电系统建立了总体认识。其次，讨论研究了逆变器主电路的拓扑形式，选择了无变压器的两级结构，即前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器。前级DC/DC模块采用Boost升压斩波结构，后级的DC/AC逆变器采用全桥式逆变，并向电网输送功率。再次，讨论确定了逆变器电流电压双闭环的控制方式，并最终确定了光伏并网发电系统的总体方案。应用MATLAB/Simulink中的工具箱搭建了整个系统模型，进行了仿真实验研究，验证了实现并网逆变的可行性。最后，我们知道孤岛效应问题关系到光伏并网发电系统的安全问题，本文阐述了孤岛效应产生的原因、对电网的危害和目前各种常用的被动和主动及外部孤岛效应的检测方法，提出了添加反孤岛效应保护的必要性。

关键词：光伏逆变器，最大功率点跟踪，孤岛效应，Simulink仿真

I

光伏并网逆变器的分析与研究

ABSTRACT

For the strenuous energy sources currently in the global scope,exploiting and utilizing the solar energy is paid more attention by many people than before. Photovoltaic(PV) generation, one important method of using solar energy, is very promising. Under this back ground, this paper bases on grid-connected PV system as research object and then does detail analysis from the main circuit topology of grid-connected system,control strategies, system parameters, anti-island effect as well as analysis.

Firstly, the status of PV system home and abroad is introduced. The basic structure and types of the PV source, advantages and disadvantages, development trend, requirements on inverter are also presented. An over all under standing of the system is set up naturally. Secondly, this paper discusses the topology of the main circuit of the inverter and choose two stages transform structure, DC/DC converter with Boost topology structure and DC/AC inverter with full-bridge inverter. Then this paper discusses control mode of current-voltage double-loop and then determines the overall program of grid-connected PV system. Matlab/Simulink toolboxes are used to build the whole circuit model and the simulation study. Lastly, The paper analyzes the canses and effects as well as detection methods used now, such as passive and active and external islanding detection methods and add the anti-island protection is necessary.

Key words: PV-inverter, MPPT, Islanding Effect, Simulink Smulation

II

山东科技大学学士论文

目录

1 绪论 ...................................................... 1

1.1光伏发电产业现状及发展 .................................... 1 1.2 光伏并网发电系统概述 ...................................... 3

2 光伏电池及最大功率点跟踪控制 .......................... 8

2.1 光伏电池的工作原理及结构分类 .............................. 9 2.2 光伏阵列的输出特性 ....................................... 13 2.3 最大功率点跟踪控制 ....................................... 17

3 光伏并网逆变器 ...........................................22

3.1 逆变器的拓扑结构 ......................................... 22 3.2光伏并网逆变器工作原理 ................................... 27 3.3并网逆变器的控制与实现 ................................... 30 3.4 光伏并网逆变器的仿真 ..................................... 37

4 光伏并网逆变器的孤岛效应与检测方法 ....................43

4.1 孤岛效应的产生与危害 ..................................... 43 4.2 孤岛效应常用的检测方法 ................................... 44

5 结束语 ....................................................47 参考文献 ....................................................48 致谢辞 ......................................................49 附录 ........................................................50

附录1 系统仿真图 ............................................ 50 附录2 外文文献翻译 .......................................... 51

III

山东科技大学学士论文

1 绪论

1.1光伏发电产业现状及发展

在当今工业自动化社会中，电能起着十分重要的作用，人均消耗的电能量已成为衡量一个国家实力的重要指标。电力电子技术对节能、减小环境污染，改善工作条件，节省原材料，降低成本和提高产量等方面均起着十分重要的作用。因此，为了高质量，有效地使用电能，各种电能必须经过电力电子技术变换后，再用于工业和军事的需要。

在新能源利用方面，电力电子技术在其发电与电能质量的控制中也占有重要地位，光伏发电就是电力电子技术应用最为广泛的一个领域，近年来迅速发展的光伏产业，也带动了电力电子技术的不断进步，随着世界对新能源发电的渴求，光伏并网发电规模将会更加迅速的扩大，应用面将更宽。光伏并网发电系统技术在多年地研究过程中己近成熟，但还是存在部分的技术难点，但这并不影响其在目前大电网中的推广应用，光伏并网发电技术的研究对完善并网技术和理论，进一步提高光伏发电效率，稳定电网电压和质量，都具有重要意义。 1.1.1 世界光伏发电产业现况

太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分，被认为是当今世界最有发展前景的新能源技术，各发达国家均投入巨资竞相研究开发，并积极推进产业化进程，大力开拓市场应用。当前国际上对光伏发电的研究主要有两个方向，一个是光伏电池的研究，力求找到一种价格低、转换效率高的太阳能电池板材料；另一个研究热点主要集中在低成本、高效率、高稳定性的光伏逆变器件和光伏建筑集成应用系统等方面的研究。

在世界各国尤其是美、日、德等发达国家先后发起了大规模的国家光

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