论文总字数：18875字

摘 要

随着当前地球上的化石能源越来越稀少，世界各国都有着资源十分短缺的问题，现在所有的国家都在进行着能源结构的改革，清洁可利用的新能源进入到人们的视线中，太阳能光伏发电因为其经济性、环保性备受人们的关注，其将太阳能转化为电能，满足人们的需求，可以这么说，光伏发电是电气产业中的发展趋势。并网逆变器作为其最为重要的核心内容，对其控制方法的研究，设计出合适的并网逆变器有着十分重要的意义。

首先，本文对当前世界能源短缺进行了概述，阐明了太阳能利用的意义和广阔前景以及太阳能光伏发电在各国发展的现状，引出本课题的研究对象。接着介绍了光伏发电系统的基本结构和阐明了逆变器的种类以及逆变器的工作原理，然后通过对逆变器的比较选型，最终选择两级非隔离式电压源型单相并网逆变器，BOOST电路控制是前级控制方案，逆变器后级可以用单相全桥来进行系统的逆变过程。并在此基础上提出SPMW控制策略。文章中比较了几种常见的MTTP方法，最终决定采用了MTTP中的扰动观测法，并提出实现过程，最后，通过Matlab软件进行仿真，来验证设计的逆变器是否合理，符合电网的规定。

最后的仿真表明，设计的逆变器结构符合要求，结构简单可靠，系统性能较为稳定良好。

关键词：光伏并网；逆变器；太阳能；逆变器控制策略；扰动观测法

Abstract

With the increasing scarcity of primary fossil energy, the problem of energy shortage has become an urgent problem for countries and countries. Now all countries are carrying out energy structure reforms. Clean and available new energy sources have entered people’s sight. Solar photovoltaic power generation Because of its economy and environmental protection, it has attracted people's attention. It converts solar energy into electric energy to meet people's needs. It can be said that photovoltaic power generation is a development trend in the electrical industry. Grid-connected inverter is its most important core content. The research on its control method and the design of a suitable grid-connected inverter are of great significance.

First of all, this article gives an overview of the current world energy shortage, clarifies the significance and broad prospects of solar energy utilization and the status quo of the development of solar photovoltaic power generation in various countries, and draws out the research object of this topic. Then we introduced the basic structure of the photovoltaic power generation system and the types of inverters, and then selected the type of inverters through the types of inverters, and finally chose a two-stage non-isolated voltage source single-phase grid-connected inverter The front stage is controlled by the BOOST circuit, and the latter stage is controlled by a single-phase full-bridge circuit. Later, the SPMW current control strategy was proposed. Secondly, compared several common maximum power point tracking schemes, adopted the disturbance observation method in MTTP, and proposed the realization process, and finally, through Matlab software simulation, to verify whether the inverter we designed is reasonable and in line with the grid Provisions.

The final simulation shows that the inverter structure we designed meets our requirements, the structure is simple and reliable, and the system performance is relatively stable and good.

Keywords: PV grid-connected; Inverter; Solar energy; Inverter control strategy; Disturbance observation method

目录

摘要 I

Abstract II

第一章绪论 1

1.1课题的背景与意义 1

1.2光伏发电系统并网逆变器国内外的研究现状 2

1.3本文研究的主要内容 2

第二章并网逆变器结构的设计 4

2.1光伏并网发电系统的基本结构 4

2.2光伏并网逆变器的介绍 4

2.3光伏并网逆变器的选择及原理 5

2.3.1并网逆变器主电路拓扑 6

2.3.2并网逆变器的回路方式 6

2.4并网逆变器的总体设计方案及原理 7

2.5本章小结 8

第三章光伏并网逆变器控制策略的研究 9

3.1并网逆变器的控制目标 9

3.2并网逆变器SPWM技术 9

3.3控制策略的比较 10

3.3.1电流滞环控制 10

3.3.2固定开关频率控制 11

3.4 增量式PI控制算法 11

3.5 光伏阵列最大功率点跟踪 12

3.6本章小结 13

第四章单相光伏逆变器的仿真与实验 15

4.1 Matlab仿真模型的搭建 15

4.2 MATlab仿真波形及比较 19

4.3 本章小结 21

第六章总结 22

参考文献 23

致谢 25

第一章绪论

当今时代在迅速发展，发展的同时，也暴露了一系列的问题：资源短缺，全球环境恶化严重等等，这些问题暴露在人们的视野中，受到全国各界社会人士的广泛关注。人们为实现可持续发展，非常急切地需要找到能够代替煤炭、石油等一次能源的可再生能源。太阳能、风能、水能等等作为新时代清洁能源的代表具有非常高的应用价值，其中的太阳能由于它存储多，人们开发并利用简单安全，无污染，近些年来发展飞速。太阳能光伏发电可直接将太阳的光线转变所需的电能，是一种低能耗无污染获取电能的最新技术,是太阳能这个新型能源开发方式之越来越应用广泛，越来越完善。光伏产业市场随着现代化社会经济的快速发展，正在进行积极的革新，需要从各个方面强化光伏发电本身的综合实力，大力提升我国在市场中的地位，使我国光伏产业屹立在世界各国之中，让中华民族屹立在世界之林中。逆变器作为并网的关键部件，决定着光伏能够并入电网的电能质量，如何控制逆变器成为国内外光伏发电探讨的热门话题，同时也是本文最主要的研究对象。

1.1课题的背景与意义

随着当今世界经济的快速发展和时代的快速变迁，人类正在面临着十分严峻的能源危机和环境恶化问题。当前的世界上主要能源仍然以天然气、煤炭与石油等一次能源为主要用料，而且这些发展所需的化石能源是不可再生的能源，大量的使用必将导致将来能源的日益枯竭乃至不存在，这些能源的再生需要漫长的时间，根据有关资料显示：当前世界上石油还可幵采年数为30年，天然气可开采年数为49年，煤炭可开采年数为212年^[1]。可以预见人类未来将无化石能源可用，这些化石能源将成为历史。并且在使用利用这些化石能源的同时会排出大量的污染物，会严重破坏人类赖以生存的生态环境，这是不可逆转的。人类文明的快速高度发展和生存环境的不断恶化这两个矛盾体已经成为当前社会最主要的问题，所以找寻绿色环保的可再生能源是人类非常迫切需要解决的课题。在如今快速发展的社会中，世界上各国在探求经济可持续发展、社会可持续发展与能源源可持续发展道路中，一致的把能源作为自己本国的首要发展目标，谁能抢占新能源技术研究的霸主地位，谁的综合国力就强大。随着世界大范围内的一次化石能源资源储量日趋减少，人们对电能的需求量大大幅度的增大增强，这一点就逼迫人类需要寻找新的能源作为新的发电能源。为了保护大家缺失不可的大地球环境，寻找利用代替化石能源的新型清洁能源这个任务就是现在的重中之重。清洁能源的种类很多，在平时的生活中，风能、太阳能、水能和生物质能等便是现在所了解的可再生绿色能源之一。其中应用的最多的就是太阳能了，人们可以利用太阳能发电等等，太阳能发电的优点有很多：太阳能随处可见，可以轻易获得，太阳能发电中的能量转化是直接从光能转变为太阳能，利用效率较高，太阳能发电清洁无污染，对于现在的环境十分友善，并且利用太阳能所搭建的系统拥有着稳定的输出性能等等^[2]。所以说光伏发电拥有着最广阔的发展前景，必将成为以后电能发展的中流砥柱，因此需要大力发展光伏发电。光伏发电系统由两个种类组成：离网型发电系统、并网型发电系统。一般来说，偏僻山区、海岛等场所都是用的离网型发电系统。光伏阵列、蓄电池组、离网型逆变器、太阳能充放电控制器、负载等元件构成了离网发电系统。这种供电方式优点为：1、简单灵活。2、经济性好。3、使用范围广泛。缺点为：1、安装较难，用电不稳定不可靠。2、需要有人管理，并且管理难度较大。光伏电池阵列以及并网逆变器构成了并网型系统，其可直接把人们日常需要的电能输入电网。并网型系统比离网型系统能耗小、成本低、效率高。很明显，并网光伏发电将成为我国乃至国际最看重的发展方向。

1.2光伏发电系统并网逆变器国内外的研究现状

时代快速发展，环境的大肆破坏，化石能源的日渐枯竭，都表示着人们必须尽快寻找新型可替代一次能源的清洁能源，这是当今世界的潮流趋势。而太阳能发电则是清洁能源发电中不可或缺的版图，对于实现绿色可持续性发展具有十分重要的意义。

世界当前处于能源危机下，各个国家为了进行能源结构改革，制定了一些鼓励政策，在这些年来，太阳能电池发展很快，并且国外生产销售与之相关的逆变器，市场前景一片良好。当前几个大型逆变器企业占据了并网逆变器大部分的市场。欧洲是最先研究太阳能发电技术的，其拥有最先进技术，并且产业结构完善。我国在1958年开始对太阳能发电进行研究，上个世纪八十年代中国处于慢慢摸索的状态，当时我国大部分光伏电池都是从国外引进价格昂贵。后来，国内太阳能电池产量增长飞快，价格也没之前那么的高了。经过我国一段时间的发展，我国在2007年光伏电池生产量处于世界前列。但是现在我国大部分的光伏电池都往国外输出，因此我国逆变器技术不如国外那些发达国家。虽然近年来很多企业进军光伏产业，去研究并网逆变器，但是已经具备实际竞争力的不多^[5]。

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