供电源，辅助电源采用芯片。光伏并网发电系统的结构图如图所示。图系统框图由于电路的输入工作在断续状态下，若不加入储能电容，光伏阵列的工作时断时续，不能工作在最佳工作状态，加入了储能电容后，电路功率开关断开时光伏阵列对储能电容充电，使太阳能电池始终处于发电状态，此时调节电路占空比才能有效跟踪最大功率点，因此储能电容对于利用电路实现功能是必不可少的，然而在大负荷情况下，储能电容始终处于大电流充放电的状态，对其可靠工作不利，同时由于储能电容通常为电解电容，增大了装置的体积，使整个系统变得笨重。因此只需加入通量较小的无感电容甚至不加电容，避免了加电容带来的弊端。电路简单，功率开关器件的驱动设计方便，因此，选用升压电路。光伏并网发电系统主电路的拓扑结构图如图所示。光伏阵列输出的额定直流电压为之间，通过变换器转换为的直流电。后级的逆变器，采用逆变全桥，作用是将直流电转换为的正弦交流电，实现逆变向电网输送功率。的作用除了连接变换器和逆变器，还实现了功率的传递。系统主电路的拓扑结构如下图系统主电路的拓扑结构光伏并网发电系统的工作原理前级电路的工作原理电路原理图电路由开关管，二极管，电感，电容组成。电路的作用是将电压升压到。，其中，是光伏阵列的输出电压，是电路的输出电压。电路原理图如下图电路原理图工作过程在每个斩波周期内，开关管导通关断各次。开关管导通时，等效电路如图所示，流过电感的电流为，在电感未饱和前，电流线性增加，电能以磁能的形式储存在电感中。此时，由于二极管阳极接在电源负极，二极管关断，电容只能向电阻姓放电，提供电阻电流名，。当二极管关断时，其等效电路如图所示，由于流过电感的电流不能突变，电感工两端的电压极性改变，此时，电源和电感串联，向电容和电阻供电。简言之，开关管导通时，二极管反偏，输出级隔离，由输入端向电感提供能量开关管断开时，输出级吸收来自电感和输入端的能量。根据上述分析，列出工作过程中的关系表达式如下式中，为开关管的开关周期为占空比为开关管的导通时间为开关管的截止时间。整理后得工作原理根据电感电流在周期开始是否从零开始，是否连续，可分为连续的工作状态或不连续的工作状态两种模式。由于电路在断续工作时，电感电流的不连续意味着光伏阵列输出的电能在每个周期内都有部分被浪费了，而且纹波也会大些。因此般把电路设计为连续导通的工作状态。后级电路的工作原理电路原理图光伏并网发电系统的逆变器采用单相全桥逆变器结构，其拓扑结构图如图所示。图单相全桥并网逆变器主电路结构图工作原理上图所示是单相全桥并网逆变器主电路结构图，其中是电网电压，是输入的恒定的直流电压，是逆变器的输出电压，是从逆变器输出到电网的电流。为交流输出电感，为直流测支撑电容，即前级电路的输出电容，是主开关管，是其反并联二极管。对四个开关管进行适当的控制，就可以调节电流式为正弦波，并且与电网电压保持同相位。光伏并网发电系统要求在并网逆变器的输出侧实现功率因数为，波形为正弦波，输出电流与网压同频同相，其控制策略与般的电压型逆变器的控制策略有所不同，如图中，每个开关器件上都反并联个二极管，起着续流的作用。交流侧电感的作用在于有效抑制输出电流的过分波动将开关动作所产生的高频电流成分滤除由于输出电感的存在，输出电流的基波分量式。在其上产生个电压。，这样，变换器的输出电压的基波和电网电压之间将产生个位移量，通过控制开关器件使变换器的输出电压满足上述的矢量关系，这样在理论上可以实现输出电流与电网电压同频同相。本论文采用脉宽调制方式，通过控制开关器件的导通和关断时间，实现能量从并网逆变器向电网传递，达到输出功率因数为的目的。图逆变器电路图第三章光伏并网发电系统的设计逆变部分是整个光伏并网发电系统的重要组成部分，逆变部分包括主电路控制电路和保护电路驱动电路及输出滤波电路四部分。其中主电路主要完成能量变换，吸收电路软化开关器件的开关曲线控制电路完成对输出电流的控制以满足并网的要求保护电路主要对各种故障进行保护驱动电路是功率主电路和控制电路的接口电路输出滤波电路主要滤除高次谐波，提高输出波形的质量。系统的设计参数是输入电压范围为，额定输出电流为，额定功率为。主电路的设计并网逆变器的主电路采用单相全桥主电路，通过对逆变器进行适当的控制，可使交流侧电流接近于正弦波，功率因数可为单位功率因数。开关管的选择主要考虑以下几个方面电压容量在工作过程中，两端的电压峰值不应超过的最高耐压值，否则，器件将被过压击穿而损坏电流容量在工作时，集电极峰值电流必须处在开关安全工作区以内小于到倍额定电流散热要求致谢本论文是在我的导师程志强教授的指导下完成的。程志强教授不仅是我这半年的导师，而且也是曾今在大二和大三给我授课的科任老师。在和他相处的时间里，他在学业上给予我精心的指导，而且他渊博的知识也让我深感佩服。导师严谨的治学态度实事求是的进去净胜和认真勤勉的工作作风也对我起到了表率的作用。这些言传身教必定会对于我今后的工作和学习长生深远的影响。谨在此再次向我尊进的导师表示我由衷的感谢,同时我也想对我们自动化教研室的所有老师们表示感谢，你们在大学期间对于我无私的帮助，我是深有感触的，感谢你们,最后我还要对那些和我起共同奋斗学习的同窗好友们道声多谢，是你们在我孤独的时候，迷茫的时候和我起走过风雨。向直以来关心我支持我的父母和亲人们说声谢谢,目录摘要第章绪论课题的研究背景与意义光伏并网发电系统简介光伏并网发电系统对逆变器的要求本文的主要研究内容第二章并网逆变器的设计及系统的工作原理并网逆变器的选择并网逆变器结构的选择并网逆变器回路方式的选择系统的总体方案光伏并网发电系统的工作原理前级电路的工作原理后级电路的工作原理第三章光伏并网发电系统的设计主电路的设计控制电路及保护电路的设计并网同步的实现波的产生保护电路驱动电路输出滤波电路辅助电源设计辅助电源的设计要求辅助电源设计电路系统的电磁兼容设计硬件方面考虑软件方面考虑光伏并网逆变器的仿真建模控制系统软件设计第四章光伏并网发电系统的孤岛效应及防止策略孤岛效应及其危害孤岛效应的检测方法被动检测方法主动检测方法外部检测方法本论文采用的孤岛检测的方法第五章总结与展望总结展望参考文献致谢第章绪论课题的研究背景与意义世界范围内的能源短缺和环境污染已成为制约人类社会可持续发展的两大重要因素，大力发展新的可替代能源已成为当务之急。太阳能发电作为种新的电能生产方式，以其无污染安全资源丰富分布广泛等特点显示出无比广阔的发展空间和应用前景。随着光伏并网发电设备的增加，并网电流谐波带给电网污染的问题也得到了越来越多重视。为改善并网输出电流波形，文献采用了重复控制来抑制周期性干扰，但重复控制响应速度慢，使控制系统稳定性变差。文献提出了使用重复控制来改善输出波形质量，本文在此基础上提出了种将重复控制和传统相结合的控制方法，控制使系统有着良好的动态性能，重复控制用来抑制周期性干扰，提高跟踪精度。阐述了种小功率光伏并网逆变器的控制系统。该光伏并网逆变器由变换器与变换器两部分组成，其中变换器采用芯片来控制，变换器采用数字信号处理器来控制。由于实时处理能力极强，采用合适的算法能确保逆变电源的输出功率因数非常接近，输出电流为正弦波形。该控制方案已经在实验室得到验证。光伏并网发电系统简介光伏并网发电系统是将太阳能电池发出的直流电转化为与电网电压同频同相的交流电，并且实现既向负载供电，又向电网发电的系统。光伏并网发电系统主要由光伏阵列并网逆变器控制器和继电保护装置组成。光伏阵列是光伏并网发电系统的主要部件，由其将接收到的太阳光能直接转换为电能。目前工程上应用的光伏阵列般是由定数量的晶体硅太阳能电池组件按照系统需要的电压的要求串并联组成的。并网逆变器是整个光伏并网发电系统的核心，它将光伏阵列发出的电能逆变成的正弦波电流并入电网。电压型逆变器主要由电力电子开关器件组成，以脉宽调制的形式向电网提供电能。控制器般由单片机或芯片作为核心器件，控制光伏阵列的最大功率点的跟踪控制逆变器并网电流的功率和波形。继电保护装置可以保证光伏并网发电系统和电网的安全性。光伏并网发电系统对逆变器的要求作为光伏阵列和交流电网系统间进行能量交换的逆变器，其安全性可靠性逆变效率制造成本等因素对光伏并网发电系统的整体投资和收益具有举足轻重的作用。因此，光伏并网发电系统对并网逆变器有如下要求实现高质量的电能转换。并网逆变器输出的电流频率和相位与电网的必须严格致，以使输出功率因数尽可能的达到。实现系统的安全保护要求。如输出过载保护输出短路保护输入反接保护直流过压保护交流过压和欠压保护孤岛保护及装置自身保护等，从而确保系统的安全性和可靠性。具有较高的可靠性。目前光伏并网发电系统主要在些自然条件恶劣的地区，所以逆变器应在长时间的工作条件下保证低故障率，并具有较强的自我诊断能力，因此所设计的逆变器应具有合理的电路结构严格的元器件筛选。最大功率的跟踪。最大限度的利用光伏阵列，提高逆变器的效率。本文的主要研究内容本文在学习光伏并网发电系统逆变器工作原理及前人研究的基础上，研究光伏并网逆变器的结构与控制，进步研究了光伏并网发电系统的孤岛检测，并进行了较为深入的理论分析和研究。第章绪论，简要介绍了课题背景光伏并网发电系统及其逆变器，对光伏并网发电系统有了初步认识。第二章，对逆变器主回路的拓扑结构进行了研究，设计了两级并网逆变器，同时对逆变器主回路的工作原理进行了分析。第三章，研究了光伏并网逆变系统的特点和光伏并网逆变器的工作原理，对各种控制策略进行了比较，选择改进固定频率电流跟踪控制策略，较好的实现了并网逆变器的单位功率因数正弦电流输出控制。研究设计了控制电路及其它重要电路。第四章，分析了孤岛效应产生的原因危害，详细的阐述了常用的孤岛效应的检测方法，并指出它们的优缺点及使用范围。对光伏并网发电系统所存在的孤岛效应进行研究和验证，采用有效的孤岛效应的检测方法。第五章,总结与展望，对全文做出总结，指出本课题需要进步研究的方向。第二章并网逆变器的设计及系统的工作原理并网逆变器的选择并网逆变器结构的选择光伏并网逆变器按控制方式分类，可分为电压源