光伏并网发电系统控制策略的研究

【摘要】：进入21世纪后,全球经济增长引发的能源危机和生态环境恶化达到了前所未有的程度,人类生存造成了极大的威胁。开发和利用绿色新能源势在必行,太阳能是备受关注的绿色新能源之一,光伏发电已成为当今人类利用绿色能源的主流,并引起了各国的重视。近几年,各国政府纷纷投入大量的资金在光伏并网发电控制系统的研究上,并将发电系统的核心部件—并网逆变器作为重点研究对象。本文主要对两级式光伏并网逆变器的拓扑结构、MPPT算法、三电平SVPWM算法、并网控制策略、软件锁相环、低电压穿越等关键技术问题做了详细的理论分析,最后通过MATLAB仿真进行了相关验证。首先介绍了光伏发电系统的构成、国内外发展现状以及并网逆变器的技术现状,并根据目前的技术现状引出本课题的主要研究内容；其次,针对两级式三电平并网逆变器控制系统,对其主电路拓扑结构进行选型,前级采用Boost升压电路,后级采用T型三电平逆变电路,分别介绍前后级拓扑电路的工作原理,并确定系统总体的控制方案；然后,分析光伏电池数学模型和电气特性,采用P0改进算法—三点法,克服功率振荡和误判现象,并通过MATLAB仿真验证了在不同的光照强度和周围温度下,系统能快速、稳定地确保输出电压工作在最大功率点处；再建立并网逆变器的数学模型,采用PI电流解耦双闭环控制和软件锁相环获取电网角度,使有功电流和无功电流实现解耦控制,使并网输出电流能和电网电压实现同频同相,并通过动态无功电流支撑方案,解决了低电压穿越等关键技术问题。最后,以TMS320F28335+CPLD为控制器,设计一台15KW的样机,对光伏并网逆变器控制系统进行了相关研究。本课题采用的方案,能提高系统发电效率,降低系统成本,以后将会得到大规模的应用,大大推动了光伏发电事业发展。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 两级式 T型三电平逆变器 MPPT
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-24
• 1.1 课题的研究背景14-15
• 1.2 光伏发电的国内外发展概况15-17
• 1.2.1 国外发展概况15-16
• 1.2.2 国内发展概况16-17
• 1.3 光伏并网发电关键技术及研究现状17-21
• 1.3.1 逆变器主电路拓扑现状18-19
• 1.3.2 最大功率跟踪(MPPT)技术19
• 1.3.3 并网逆变电流控制技术19-20
• 1.3.4 孤岛效应保护技术20
• 1.3.5 低电压穿越控制技术20-21
• 1.4 本文主要研究内容21-24
• 2 光伏并网逆变器主电路的设计24-30
• 2.1 系统拓扑结构24
• 2.2 Boost变换器工作原理24-26
• 2.3 T型三电平变换器工作原理26-28
• 2.4 逆变器总体控制方案28
• 2.5 本章小结28-30
• 3 最大功率点跟踪控制30-40
• 3.1 光伏电池模型30-32
• 3.2 MPPT理论基础32-33
• 3.3 常用MPPT算法分析33-37
• 3.3.1 恒定电压法33-34
• 3.3.2 扰动观察法34-35
• 3.3.3 三点法35-37
• 3.4 Boost电路实现MPPT控制策略37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 逆变器的并网控制40-58
• 4.1 逆变器的数学模型40-44
• 4.1.1 ABC静止坐标系系下的数学模型41-43
• 4.1.2 d-q坐标系下的数学模型43-44
• 4.2 电流解耦控制44-48
• 4.2.1 电流内环设计45-46
• 4.2.2 电压外环设计46-48
• 4.3 三电平SVPWM和中点电位平衡控制48-53
• 4.3.1 基本空间矢量48-49
• 4.3.2 三电平SVPWM算法49-52
• 4.3.3 中点电位平衡控制52-53
• 4.4 锁相环控制53-55
• 4.5 低电压穿越控制策略55-56
• 4.6 本章小结56-58
• 5 控制系统研究58-70
• 5.1 控制系统总体结构58-59
• 5.2 主电路研究59-61
• 5.2.1 IGBT选型59
• 5.2.2 升压电感选型59-60
• 5.2.3 母线电容选型60
• 5.2.4 网侧滤波电感选型60-61
• 5.3 DSP控制电路研究61-63
• 5.3.1 电网电压采样电路61
• 5.3.2 过流保护电路61-62
• 5.3.3 IGBT驱动电路62
• 5.3.4 DSP数字电源研究62-63
• 5.4 控制系统软件研究63-68
• 5.4.1 主程序流程63-64
• 5.4.2 PWM中断64-67
• 5.4.3 LVRT中断67-68
• 5.5 本章小结68-70
• 6 系统仿真70-74
• 6.1 仿真系统介绍70
• 6.2 系统仿真70-71
• 6.3 静态仿真分析71-72
• 6.4 动态仿真分析72-73
• 6.5 本章小结73-74
• 7 结论与展望74-76
• 7.1 总结74
• 7.2 展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 作者简介及读研期间主要科研成果81

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