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有源电力滤波器与光伏并网逆变器的统一控制研究

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第一章 绪论

1.1 有源电力滤波器的背景与研究现状

1.2 光伏发电技术概述

1.3 论文研究的目的和意义

1.4 本文的主要内容

第二章 APF与光伏并网逆变器的统一控制原理

2.1 APF与光伏并网装置的对比分析

2.2 APF与光伏并网逆变器的比较分析

2.3 APF与光伏并网逆变的统一控制策略

2.4 瞬时无功功率理论在统一控制中的应用

2.5 三相软件锁相环

2.6 统一控制系统谐波检测及指令合成的MATLAB仿真

2.7 本章小结

第三章 统一控制系统逆变器控制策略研究

3.1 常见的电流跟踪控制方法

3.2 滞环SVPWM控制法

3.3 直流侧电压控制

3.4 MATLAB仿真

3.5 本章小结

第四章 统一控制系统的硬件设计

4.1 系统结构图

4.2 系统主电路参数

4.3 智能功率模块

4.4 信号采样及调理电路

4.5 控制单元

4.6 保护电路

4.7 移相电路设计

4.8 本章小结

第五章 基于DSP的统一控制系统软件设计

5.1 软件开发环境CCS

5.2 软件主程序设计

5.3 子程序设计

5.4 DSP数据的定标

5.5 本章小结

第六章 实验结果与分析

6.1 软件锁相环波形

6.2 单一APF实验波形

6.3 APF与光伏逆变器统一控制实验波形

6.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的研究成果

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摘要

在当前社会的不断进步中,化石能源日益短缺与环境不断恶化同时困扰着我们。在这种情况下,具有清洁、不竭、量大等优势的太阳能受到了研究学者的青睐。然而太阳能不稳定、光伏发电并网设备造价高、利用率低等因素制约着光伏发电的推广与应用。另一方面,电力电子技术迅速发展,各种非线性设备在方便人们生活的同时,将大量的谐波、无功电流分量注入电力系统,谐波无功在降低电能效率的同时,还具有一定的安全隐患,电力系统的电能质量随即也成为另一个亟待解决的问题。作为一种主动的谐波、无功滤除装置,有源电力滤波器(APF)受到了各研究所及高校的重视。经过多年的研究,APF的理论基础已日趋完善,现阶段主要是控制方法的优化,同时APF也面临着价格昂贵、附带功能少等发展阻碍。
  本文首先分析了光伏并网逆变器与APF系统各自的优缺点、发展中遇到的问题和发展前景、工作原理及结构特点,探究了APF与光伏并网逆变统一控制的可能性及重大意义,提出了一种APF与光伏并网逆变器的统一控制系统。结合基于瞬时无功功率理论的 ip-iq谐波检测法,分析了统一控制系统的指令电流求取方法。对指令电流求取环节中的锁相环(PLL)原理进行了分析,介绍了锁相环的软件实现方法,弥补了以往采用过零检测法实现锁相的缺陷,即单个周期内频率改变无法预测。针对指令电流的跟踪控制,采用滞环 SVPWM的控制策略,即根据误差电流与参考电压的空间矢量位置关系,选择最优输出电压矢量,限制误差电流在容许范围之内,达到电流跟踪控制的目的,该策略具有实现简单、跟踪性能良好、开关损耗小等优势。另外,简要介绍了直流侧电压的比例积分控制方法。
  利用MATLAB软件中的仿真组件SIMULINK,搭建了系统仿真模型,其中主要包括指令电流求取模块、电流跟踪控制模块及二极管整流桥带阻感负载的主电路等几个部分。分别在单独APF状态、APF与光伏并网逆变器统一控制状态下做了仿真,仿真结果验证了本文所述系统的正确性。
  以DSP2812为控制核心,搭建了统一控制系统的硬件实验平台,主要包括信号检测调理电路、故障处理电路、保护电路、移相电路及二极管整流桥带阻感负载的主电路等几个部分,详细说明并给出了各个部分的电路结构图。通过编写软件,在DSP内部实现软件锁相环计算、指令电流的检测及电流的跟踪控制等几个部分,对各个部分的软件流程图进行了介绍,最终得出的实验结果表明了本文所提出的统一控制系统的可行性。

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