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本文研究的并离网一体光伏发电系统由光伏组件、锂离子电池、公共电网、本地负载以及功率变换器组成。其中功率变换器包括光伏侧Boost变换器、电池侧 Buck-Boost变换器以及负载侧全桥逆变器。三个变换器都跨接到公共直流母线上,从而组成一个直流微网。各个变换器独立工作,共同控制直流母线电压恒定。系统可并网运行向电网馈能,亦可孤岛运行给本地负载供电。 每个变换器都有两种工作模式。具体来说:光伏侧Boost变换器可以工作在最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)模式和恒压(Constant Voltage,CV)模式;电池侧 Buck-Boost变换器可以工作在Boost模式和Buck模式;负载侧全桥逆变器可以工作在并网模式和独立模式。分析了各个变换器的基本工作原理,在此基础之上建立了Boost变换器和Buck-Boost变换器的小信号交流模型以及全桥逆变器的大信号模型。设计了它们工作在不同模式下的补偿网络参数,并获得了良好的动静态特性。简要分析了常用孤岛检测方法,包括被动孤岛检测和主动孤岛检测。针对文中的并网/独立双模式逆变器,提出了一种控制策略可实现双模式逆变器的无缝切换。 并离网一体光伏发电系统可以工作在四种工况下,即:①孤岛运行,光伏发电;②并网运行,网侧变换器逆变;③孤岛运行,电池供电;④并网运行,网侧变换器整流。分析了系统工作在每种工况下各个变换器的工作模式以及系统功率流向。明确了系统中三个微电源的供电优先级次序为:光伏组件、锂电池、电网。在此前提条件下,提出了针对本系统的能量管理策略。该能量管理策略可根据光伏组件输出功率、锂电池荷电状态(State Of Charge,SOC)、负荷情况以及直流母线电压变化情况,合理切换系统工况,保证系统稳定运行。 搭建了并离网一体光伏发电系统实验样机,系统功率等级5kW。对系统中的元器件参数、硬件电路以及软件流程图都进行了详细的设计。在实验平台上完成了系统四种工况下的稳态实验以及工况切换、负载突变等暂时实验。实验结果验证了本文理论分析的正确性和可行性,为并离网一体光伏发电系统的实际应用提供了实验依据。