小功率太阳能光伏并网发电系统的研究

【摘要】：经济的发展和社会的进步,对于能源的需求越来越大,由此引发的能源危机和环境污染问题日益突出。如何在开发和利用能源的同时,保护好生态环境是一个全球性的重要问题。太阳能是一种理想的可再生能源,分布范围广,资源丰富,可有效解决能源利用与环境保护之间的矛盾。 太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式,太阳能光伏发电系统分为独立发电系统和并网发电系统两大类,并网系统将成为今后太阳能光伏发电市场的主流。本文围绕太阳能光伏并网发电的相关技术为理论基础,对太阳能光伏并网发电系统的各主要部分,分别展开分析与研究工作,并以“微电网模拟实验系统”为平台,对光伏并网发电系统的电气结构和控制算法进行测试,实现向公共电网发电功能。 首先,分析研究了光伏并网逆变器的拓扑结构,确定本设计采用带工频隔离变压器的双级式结构,以坐标变换为理论基础建立光伏并网逆变器后级DC/AC变换器的数学模型并加以分析,详细讨论了DC/AC变换器采用电压外环、电流内环的双闭环控制算法和SVPWM调制方式的控制策略,有效的完成单位功率因数并网控制。使用MATLAB/SIMUlink软件建立仿真模型,经实验验证控制算法的正确性。 其次,分析太阳能光伏电池的特性说明最大功率跟踪(MPPT)对于太阳能光伏发电系统的重要意义,使用Boost电路作为光伏并网逆变器的前级DC/DC变换器,分析其工作原理及最大功率跟踪(MPPT)的实现方法,分析比较几种MPPT的算法,本文选择改进的扰动观察法作为MPPT的控制算法,并给出具体工作流程,使用MATLAB/SIMUlink软件建立仿真模型,经实验验证控制算法的正确性。 最后,依托“微电网模拟实验系统”项目完成2KW实验样机的设计与制作,包括电气结构设计和控制系统设计,完成对该样机的整机实验与调试工作,达到向公共电网实现并网发电的控制目标。 【关键词】：太阳能光伏发电 光伏并网逆变器 最大功率跟踪 MATLAB/SIMUlink仿真
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 课题研究的背景和目的意义8
• 1.2 太阳能光伏发电系统的发展的现状8-10
• 1.2.1 世界光伏发展现状9
• 1.2.2 国内光伏发展现状9-10
• 1.3 太阳能光伏发电系统简介10-11
• 1.3.1 太阳能光伏发电系统分类10-11
• 1.3.2 光伏并网发电系统的组成11
• 1.4 课题的主要工作11-12
• 第2章 光伏并网逆变器的设计12-29
• 2.1 光伏发电系统对光伏并网逆变器的技术要求12
• 2.2 光伏并网逆变器的拓扑结构选择12-16
• 2.2.1 逆变器分类12-13
• 2.2.2 光伏并网逆变器主要拓扑结构13-15
• 2.2.3 光伏并网逆变器拓扑结构的选型15-16
• 2.3 光伏并网逆变器的数学建模及控制策略16-23
• 2.3.1 坐标变换理论16-18
• 2.3.2 光伏并网逆变器的数学模型18-20
• 2.3.3 光伏并网逆变器的控制策略20-23
• 2.4 空间矢量脉宽调制(SVPWM)的实现23-26
• 2.4.1 SVPWM的原理23-25
• 2.4.2 SVPWM的DSP实现25-26
• 2.5 光伏并网逆变器控制算法开环仿真26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 最大功率跟踪(MPPT)的实现29-41
• 3.1 太阳能光伏电池基本特性29-32
• 3.1.1 太阳能光伏电池工作原理29
• 3.1.2 太阳能光伏电池等效模型29-31
• 3.1.3 太阳能光伏电池的输出特性31-32
• 3.2 DC/DC变换器32-34
• 3.2.1 DC/DC变换器的结构32-34
• 3.3 最大功率跟踪(MPPT)的控制方式34-38
• 3.3.1 原理介绍34-35
• 3.3.2 MPPT控制算法分析与比较35-36
• 3.3.3 MPPT控制算法选择36-38
• 3.4 MPPT仿真与分析38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 光伏并网发电系统的电气结构设计41-47
• 4.1 光伏并网发电系统主回路设计41-42
• 4.1.1 主回路拓扑结构41-42
• 4.1.2 接触器控制作用42
• 4.2 光伏并网发电系统控制回路设计42-44
• 4.3 其他辅助功能44-46
• 4.3.1 控制电源设计44-45
• 4.3.2 保护设计45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 控制系统设计47-52
• 5.1 硬件电路结构介绍47-50
• 5.1.1 硬件结构47
• 5.1.2 主控板构成及功能47-49
• 5.1.3 采集板的构成及功能49
• 5.1.4 驱动板的构成和功能49-50
• 5.2 软件设计50-51
• 5.2.1 DSP控制程序设计50
• 5.2.2 FPGA控制程序设计50-51
• 5.3 本章小结51-52
• 第6章 系统联调实验结果与分析52-61
• 6.1 微电网模拟实验系统介绍52-53
• 6.2 光伏并网逆变器控制算法测试与分析53-56
• 6.2.1 前级DC/DC变换器MPPT控制算法测试实验53-54
• 6.2.2 DC/AC变换器控制算法实验测试54-56
• 6.2.2.1 电流内环测试55-56
• 6.2.2.2 电压外环测试56
• 6.3 整机调试实验结果与分析56-60
• 6.4 本章小结60-61
• 第7章 结论61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 攻读学位期间发表的论文67

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