1kVA单级式光伏并网逆变器的研制_硕士学位论文.pdf

南京航空航天大学
硕士学位论文
1kVA单级式光伏并网逆变器的研制
姓名:孙继健
申请学位级别:硕士
专业:电力电子与电力传动
指导教师:肖岚
2011-01
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
随着能源短缺和环境污染的加剧,可再生能源的开发和利用成为一个越来越受到关注的话
题。太阳能并网发电作为太阳能开发利用的主要方式,渐渐成为一个研究热点。但光伏并网发
电存在几个需要解决的问题:如何保证太阳能电池阵列以最大功率输出;怎样保证并网电流具
有足够的正弦度和满足频率相位要求;使用什么方法可以保证整个系统运行具有较高的效率。
本文以单级式光伏并网逆变器为研究对象,首先,详细分析了光伏电池的特性和等效模型,
根据光伏电池的特性介绍了三种常用的最大功率点跟踪方法——固定电压法、扰动观察法、电
导增量法的原理,针对传统扰动法带来的跟踪精度和跟踪速度问题以及由于光照剧烈变化带来
的“误判”现象,提出了一种改进式的变步长扰动观察法,算法简单,容易实现高精度的跟踪
并使光伏电池工作在最大功率点附近。
本文还详细分析了光伏并网逆变器的工作原理和控制方式,对比分析了两种单极性 SPWM
控制方式的特点,说明了单极性倍频控制下的并网电流具有较小的 THD 以及在过零处可以平
滑过渡,因此本文采用单极性倍频控制。并搭建了逆变器系统的小信号模型,结合双环控制策
略,给出了双环控制系统详细的 PI 参数设计。
最后,本文对整个系统的硬件和软件进行了详细的设计。在设计基础上完成了一台 1KVA
的单相单级光伏并网逆变器原理样机,进行相关的实验,实验结果表明,采用改进的变步长扰
动观察法能够较好的实现跟踪精度,对光伏电池的利用率有较大的提高,系统能够以较高质量
的并网电流并入电网,谐波含量、功率因数和效率均能满足指标要求。

关键词:太阳能,光伏发电,最大功率点跟踪,并网逆变器,PID 控制,正弦脉宽调制,
i
1kVA 单级式光伏并网逆变器的研制
Abstract
With the energy shortage and environmental pollution increase, the development and utilization
of renewable energy e a topic of growing concern. The grid-connected photovoltaic power
generation that es the main way of solar energy exploitation is of hot research gradually. But
there are several problems need to be addressed and resolved: ensure the maximum power output of
PV(Photovoltaic) arrays, ensure the high-quality sine of grid current, ensure the more efficient of the
system.
In this paper, the research is about the grid-connected PV inverter. Firstly, this paper analyzes the
characteristics of photovoltaic cells and the equivalent model, according to the characteristics of PV
cells, it gives monly used methods of maximum power point tracking (constant voltage
method, perturbation and observation method, conductance increment method) and their Principle.
The traditional perturbation method has problems of track speed and track progress and the
phenomenon of “misjudgment” that because of the drastic changes light, in order to resolve those
problems, an improved method of v