2kW单相光伏并网发电系统的设计

随着社会经济的发展,人类对电力的需求日益增大,而能源危机和环境污染的日益加重,促进了人类对新能源发电技术的研究。光伏发电技术具有的各种优势使其成为未来发电的主导方式之一,发展前景巨大,成为近年来研究的热点。本文以单相光伏并网逆变器为研究对象,从工程实现的角度出发,深入研究了单相光伏并网发电系统的拓扑结构、主电路工作原理和参数设计、并网控制方法和控制器系统设计,并在此基础上研制开发了一套2kW功率的单相光伏逆变器。 本文首先分析了非隔离型高频光伏并网系统的DC/DC/AC电路结构,分别对Boost升压电路和单相全桥逆变电路的工作原理作了稳态分析,然后针对本文所设计系统的容量及工作频率,理论分析计算得到Boost电路中储能电感、储能电容和单相全桥逆变电路中LC输出滤波器的滤波电感和滤波电容的参数值,为光伏并网发电系统主电路参数设计提供了理论依据。 确定了系统硬件主电路方案后,本文提出了单相光伏并网发电系统的整体控制方案。建立了逆变器控制电流内环电气模型,仿真分析了电流内环采用PI控制时PI参数的选取对系统稳定性和指令电流闭环跟踪能力的影响,确定了PI参数,并针对此参数进行了仿真验证,仿真结果证明了参数选取的合理性。针对实际系统中PI参数变化引起的谐振,会给调试带来困难,本文提出了电流内环采用基于功率前馈的无差拍控制的方法,建立了系统的无差拍控制数学模型,仿真结果表明基于功率前馈的无差拍控制方法,跟踪响应速度快,并网电流几乎不含高频毛刺,效果良好。最后综合考虑了PI控制和无差拍控制两种控制方式的优缺点,从装置实现的角度出发,确定本文设计中采用无差拍控制的方法。 本文对最大功率跟踪控制和孤岛效应检测作了初步研究,对比分析了目前常用的控制方式和检测方法,提出了详细的实现流程,并最终确定了适合本文研制系统所用的方法。 控制器系统硬软件设计与实现是本文研究的重点之一,文中首先就主要硬件电路包括外围采样电路、过零捕获电路、死区产生电路和IPM模块驱动电路等电路设计方法作了详细介绍,并分别通过实验证明电路有效。然后给出了软件主程序、各中断服务程序及液晶显示程序的详细流程。 最后本文对所开发的样机进行了测试,观察其并网电流控制性能、MPPT控制性能和孤岛检测保护性能,测试结果表示样机装置的各项性能指标均达到了国家标准,证明了前文理论研究与设计方法的正确性。