光伏并网逆变器控制策略的研究

【摘要】：21世纪以来,为解决日益严重的能源短缺和环境污染问题,太阳能发电以其独特的优点受到了世界的关注。但是光伏发电在并网时,因为受到外界因素的影响,会对系统的可靠性、稳定性以及效率产生影响。因此为了更好的利用太阳能发电来实现经济和环境的协调发展,需要对光伏发电系统的各种技术进行研究。本文主要涉及光伏发电系统的两个关键技术:MPPT控制技术和光伏并网控制技术。首先对光伏并网逆变器的分类做了介绍,详细的比较了常见的并网逆变器结构的优缺点,最终本文选择单相两级式逆变结构进行研究。随后分析了前级Boost电路以及后级全桥逆变电路的工作原理。接着,为了研究光伏电池的输出特性,建立了满足工程精度要求的实用数学模型,并进行仿真分析。基于对电池输出特性的仿真研究,提出了最大功率点跟踪的意义并对常见的最大功率点跟踪技术(MPPT)进行分析,进而提出一种改进的以牛顿法与扰动观察法结合的控制方法。建立系统的各个模块的数学模型,并进行仿真验证。仿真结果显示该方法能快速稳定的跟踪到电池最大功率点。然后,在明确控制目标的基础上,对于光伏并网逆变输出的控制,选择直接电流控制方式。在对几种常用的并网电流控制方式进行分析比较的基础上提出了一种基于电压前馈补偿的双闭环SPWM控制策略,并对该策略进行了仿真验证。仿真结果表明该方法对电网的跟踪控制效果良好。最后,基于前面理论分析和仿真研究的基础上,建立1KW单相两级式并网系统。首先进行了系统电路元件参数的计算,然后对系统进行了仿真,仿真结果显示前述的控制策略对本系统有着较好的控制效果。 【关键词】：光伏并网发电系统 逆变器拓扑 控制策略 MPPT技术 并网控制技术
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 背景与意义8-9
• 1.1.1 世界能源形势和环境污染问题8-9
• 1.1.2 太阳能发电及其优点9
• 1.2 光伏发电的国内外发展状况9-10
• 1.3 光伏并网发电系统结构10-12
• 1.4 光伏并网系统的重要技术12-13
• 1.4.1 光伏并网系统的MPPT技术12-13
• 1.4.2 光伏发电的输出控制技术13
• 1.5 主要研究内容13-15
• 2 光伏并网逆变器主电路研究和分析15-22
• 2.1 并网逆变器的选择15-17
• 2.1.1 并网逆变器结构的选择15-16
• 2.1.2 并网逆变器回路方式的选择16-17
• 2.2 光伏并网系统主电路的工作原理17-21
• 2.2.1 前级Boost变换器的工作原理18-20
• 2.2.2 后级全桥电路的逆变原理20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 3 光伏电池的建模仿真与MPPT控制策略分析22-39
• 3.1 太阳能电池的等效电路22-23
• 3.2 单指数数学模型23-25
• 3.2.1 简化数学模型23-24
• 3.2.2 环境对光电池输出特性的影响24-25
• 3.3 太阳能电池的仿真模型25-30
• 3.4 最大功率点跟踪的原理30
• 3.5 常见的最大功率点跟踪方法30-33
• 3.5.1 定电压跟踪法30-31
• 3.5.2 电导增量法31
• 3.5.3 扰动观察法31-32
• 3.5.4 Newton插值法32-33
• 3.6 基于扰动观察法与Newton法结合的MPPT算法33-36
• 3.7 基于MATLAB的系统仿真与分析36-38
• 3.7.1 仿真模型36
• 3.7.2 仿真结果36-38
• 3.8 本章小结38-39
• 4 光伏发电系统的并网控制39-53
• 4.1 光伏并网逆变器的控制目标39
• 4.2 光伏并网逆变器的输出控制方式39-40
• 4.3 光伏并网逆变器的常用控制方法40-42
• 4.4 SPWM技术42-43
• 4.5 基于电网电压前馈的双闭环SPWM控制策略43-52
• 4.5.1 电流内环的设计43-47
• 4.5.2 电压外环的设计47-49
• 4.5.3 电压电流双闭环控制仿真分析49-52
• 4.6 本章小结52-53
• 5 1KW光伏并网系统的参数设计和总体仿真53-59
• 5.1 系统结构及电路参数53
• 5.1.1 系统的整体结构53
• 5.1.2 系统的电路参数53
• 5.2 并网逆变器的参数计算53-56
• 5.2.1 Boost电路的参数设计53-55
• 5.2.2 逆变电路的参数设计55-56
• 5.3 仿真分析56-58
• 5.4 本章小结58-59
• 6 结论59-60
• 参考文献60-62
• 致谢62

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