三相光伏并网型逆变器的设计研究

光伏并网发电作为一种分布式发电技术，受到广泛关注。光伏并网逆变器作为太阳能转换至电能的主要环节，是目前研究的重点。本文以三相单级式光伏并网逆变器为研究对象，对其数学模型，控制策略、孤岛检测和光伏电池最大功率获取等技术展开了研究。取得了一系列成果，搭建的三相光伏并网逆变器实验平台效果良好，验证了理论的正确性，为进一步提高逆变器性能打下了坚实基础。 论文首先介绍了选题的背景和意义，阐述了光伏并网型逆变器的发展历程以及光伏逆变系统的组成结构，并分别对单级式光伏发电系统和两级式光伏发电系统进行分析比较。最后阐述了论文所做的主要工作。 论文选择三相单级式光伏并网逆变器作为研究对象，分析了其在(α、β)两相静止坐标系和(d、q)旋转坐标系下的数学表达式及模型；推导了基于三相三桥臂的SVPWM调制算法并对SVPWM的调制波进行了分析；结合三相并网逆变器在(d、q)旋转坐标系下的数学模型，根据(d、q)坐标系下并网电流的有功分量和无功分量可以单独控制的特点，设计了基于前馈解耦的同步PI调节器，并给出解耦后的控制模型框图，而后分别对电流环和电压环的PI调节器参数进行了分析计算。 分布式发电孤岛效应对用电设备及用户人身安全带来巨大隐患，因此并网逆变器作为光伏并网发电系统的重要组成，必须具备反孤岛功能。论文给出了被动式和主动式两种孤岛检测类型，分析了过欠压/过欠频检测法、相位突变检测和谐波检测法三种被动式孤岛检测方法以及有功功率扰动法和主动频率扰动法这两种主动式孤岛检测方法。进行比较分析后，选用了主动频率扰动法作为逆变器孤岛检测的方法并给出了具体的程序实现方法。 为了提高逆变器工作效率和发电能力，控制算法中应嵌入最大功率跟踪(MPPT)。因此论文首先建立了光伏电池的数学模型，给出了光伏电池的物理特性并以仿真加以验证，在此基础上，分析了恒定电压跟踪法(CVT)、电导增量法(IncCond)和扰动观测法(P&O)这三种常用的MPPT方式的优缺点，给出了各自的具体的程序流程图；并结合恒定电压跟踪法及扰动观测法，提出了论文所使用的最大功率跟踪方法。 论文在前文关于光伏并网逆变器控制策略分析的基础上，以IPM作为功率开关器件，搭建了一台单级式三相光伏并网逆变器实验平台，设计了基于STM32F103VBT6型嵌入式控制芯片为核心的主控板以及显示板，对系统的各部分硬件电路进行了设计，包括采集电路以及驱动电路等相关部分；给出系统由启动到并网运行的具体的程序流程图，最后给出了相关实验波形并进行了分析。