光伏发电系统实验用能馈型模拟负载研究

【摘要】：目前,能源短缺环境污染等问题日益突出,节能减排势在必行。能馈型模拟负载作为新型节能装置而得到广泛应用。本文针对光伏发电系统实验这一场景,研究一种交直流通用能馈型模拟负载,实现光伏组件特性、离网逆变器特性同时可测。根据光伏发电系统实验用能馈型模拟负载实际需求,设计出前级带两个独立负载模拟器、后级共用一个能量回馈单元的系统结构。其中,直流负载模拟器采用二次型Boost变换电路;交流负载模拟器采用单相PWM整流电路;能量回馈单元采用单相全桥并网逆变电路。为实现交流负载模拟功能,单相PWM整流器采用滞环比较控制,并结合功率等级、电流纹波限制条件给出PWM整流器交流侧滤波电感参数和滞环宽度设计方法。为实现直流负载模拟功能,二次型Boost变换器采用电流单闭环PI控制,根据光伏组件功率等级和电压电流纹波系数要求,设计二次型Boost变换器主电路参数,同时采用状态空间平均法建立二次型Boost变换器小信号数学模型,推导出功率开关占空比至输入电流传递函数,并根据系统传递函数完成PI调节器参数设计。能量回馈单元采用双闭环控制,建立双闭环控制系统数学模型,推导出参考馈网电流至实际馈网电流传递函数和直流母线参考电压至实际直流母线电压传递函数,并根据传递函数特点将其校正为典型系统,从而完成控制器参数设计。利用Matlab软件对所设计的系统进行仿真实验。结果表明本文设计的交直流通用能馈型模拟负载能够满足光伏发电系统实验需求,系统能量回收效率最高达97.7%;交流负载模拟器和直流负载模拟器切换时互不影响,实现了交流源直流源同时测试;与基于双PI调节器的双闭环控制策略相比,基于PI+滞环比较的双闭环控制具有更宽的功率调节范围。 【关键词】：负载模拟器 能量回馈 滞环比较控制 PI控制 双闭环控制
【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】：TM46;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 光伏发电系统实验简介9-11
• 1.3 目的意义11-12
• 1.4 国内外发展现状12-21
• 1.4.1 直流能馈型模拟负载现状12-15
• 1.4.2 交流能馈型模拟负载现状15-18
• 1.4.3 交直流通用能馈型模拟负载现状18-19
• 1.4.4 能馈型模拟负载控制方式现状19-21
• 1.5 本文主要研究内容21-22
• 2 系统总体方案设计22-35
• 2.1 主电路拓扑23-28
• 2.1.1 直流负载模拟器主电路23-25
• 2.1.2 交流负载模拟器主电路25-27
• 2.1.3 能量回馈单元主电路27-28
• 2.2 控制方法28-33
• 2.2.1 PID控制原理29-30
• 2.2.2 滞环比较控制原理30-31
• 2.2.3 单相全桥变换器调制方式31-33
• 2.3 系统总体方案33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 交流负载模拟器设计35-48
• 3.1 单相VSR工作原理35-36
• 3.2 单相VSR滞环比较控制36-40
• 3.2.1 交流侧滤波电感设计37-39
• 3.2.2 滞环控制器设计39-40
• 3.3 仿真及分析40-47
• 3.3.1 模拟线性负载41-45
• 3.3.2 模拟非线性负载45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 直流负载模拟器设计48-62
• 4.1 二次型BOOST变换器主电路参数设计48-50
• 4.1.1 电感的选取48-49
• 4.1.2 电容的选取49-50
• 4.2 二次型BOOST变换器控制器参数设计50-54
• 4.2.1 二次型Boost变换器数学模型50-53
• 4.2.2 PI控制器参数设计53-54
• 4.3 仿真及分析54-61
• 4.3.1 光伏组件仿真模型54-57
• 4.3.2 系统仿真57-61
• 4.4 本章小结61-62
• 5 能量回馈单元设计62-82
• 5.1 主电路参数设计62-68
• 5.1.1 直流母线电容设计63-66
• 5.1.2 交流侧滤波电感设计66-68
• 5.2 控制器参数设计68-74
• 5.2.1 单相并网逆变器数学模型69-70
• 5.2.2 电流环设计70-72
• 5.2.3 电压环设计72-74
• 5.3 双闭环控制仿真及分析74-76
• 5.4 PI+滞环比较控制的双闭环设计76-81
• 5.4.1 PI+滞环比较控制器参数设计77-79
• 5.4.2 PI+滞环比较控制仿真及分析79-81
• 5.5 本章小结81-82
• 6 实验仿真及分析82-95
• 6.1 系统总体方案仿真82-89
• 6.1.1 直流负载模拟器瞬时投入系统83-86
• 6.1.2 交流负载模拟器瞬时投入系统86-89
• 6.2 系统能量回收效率分析89-93
• 6.2.1 能馈型模拟负载能效曲线89-93
• 6.2.2 提高能效的基本措施93
• 6.3 本章小结93-95
• 7 结论与展望95-96
• 7.1 结论95
• 7.2 展望95-96
• 参考文献96-98
• 攻读硕士期间发表学术论文情况98-99
• 致谢99

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