小型独立光伏发电系统控制器的研究

【摘要】：随着全球对能源、环境危机关注的不断增强,光伏产业在过去十年中经历了一个快速发展阶段。与此同时,中国的经济逐年成上升趋势,现已成为全球第二大经济体。作为全球举足轻重的制造业大国和能源消费大国,中国的光伏产业在世界光伏产业的快速发展中,发挥了十分重要的作用。本文的主要研究内容分为三大部分。第一部分是独立光伏逆变器的设计与控制。首先,从理论上分析了三相半桥逆变器的控制原理及其输出电压波形的特征,以此设计出滤波器的结构和参数;然后,基于逆变器d-q坐标系下的数学模型,选择合适的控制方案完成了电压控制器的设计,并通过对逆变器进行基于MATLAB/SIMUlink的仿真建模与分析,验证了所设计的输出滤波器和控制器的可行性和有效性。第二部分太阳能跟踪系统的设计与实现,通过ZIGBEE无线传输方式来控制舵机转动使光伏板始终面向太阳光线最强的一侧,从而获得最大功率输出。第三部分完成了独立光伏发电系统辅助供电电源的设计与制作,文中重点介绍了反激式开关电源的设计方法。并且,基于已有的硬件平台,以DSP2812为主控制器完成系统软件设计,实现了太阳能跟踪控制及逆变器将直流变为三相工频交流电压的控制功能。 【关键词】：光伏逆变器 太阳能跟踪控制 数学建模 MATLAB仿真 ZIGBEE
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章. 绪论10-14
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 光伏发电系统的分类及基本组成原理10-13
• 1.2.1 并网光伏发电系统11-12
• 1.2.2 独立光伏发电系统12-13
• 1.3 本文的研究内容13-14
• 第二章 独立光伏逆变器的设计14-24
• 2.1 光伏逆变器的分类14-18
• 2.1.1 按有无变压器分类14-15
• 2.1.2 按逆变器直流侧电源性质分类15-16
• 2.1.3 按逆变器主电路拓扑结构分类16-18
• 2.2 逆变器主电路及其输出滤波器的设计18-23
• 2.2.1 逆变器主电路设计18-19
• 2.2.2 输出滤波器设计19-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 逆变器的控制及其仿真建模分析24-42
• 3.1 逆变器的控制方法24-27
• 3.1.1 输出电压平均值反馈控制24-25
• 3.1.2 电流滞环控制25-26
• 3.1.3 重复控制26-27
• 3.1.4 无差拍控制27
• 3.2 逆变器的PWM方法27-33
• 3.2.1 SPWM调制法28
• 3.2.2 SVPWM调制法28-33
• 3.3 三相逆变器的数学建模33-37
• 3.3.1 ABC三相坐标系下的数学模型34-35
• 3.3.2 dq两相坐标系下的数学模型35-37
• 3.4 控制器的设计37-39
• 3.5 三相逆变系统仿真研究39-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 三相逆变器的控制系统设计与实现42-50
• 4.1 硬件设计42-45
• 4.1.1 采样电路42-43
• 4.1.2 保护电路43-44
• 4.1.3 控制模块44-45
• 4.2 软件设计45-47
• 4.3 实验结果与分析47-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 基于ZIGBEE的逐日系统设计50-76
• 5.1 短距离无线通信技术比较50-52
• 5.1.1 ZIGBEE技术50-51
• 5.1.2 红外技术51
• 5.1.3 超宽带通信技术51
• 5.1.4 蓝牙技术51-52
• 5.1.5 Wi-Fi52
• 5.2 ZIGBEE网络52-60
• 5.2.1 ZIGBEE网络拓扑结构53-54
• 5.2.2 ZIGBEE协议的数据发送54-55
• 5.2.3 ZIGBEE协议栈55-59
• 5.2.4 协议栈操作系统59-60
• 5.3 太阳光运动规律及其跟踪控制方法60-62
• 5.3.1 太阳运动轨迹的规律61-62
• 5.3.2 太阳光跟踪控制方法62
• 5.4 系统硬件设计62-69
• 5.4.1 控制电路63-66
• 5.4.2 太阳光源检测电路设计66-67
• 5.4.3 系统的执行机构舵机67-69
• 5.5 软件开发平台IAR69-70
• 5.6 软件系统设计70-74
• 5.6.1 协调器节点的软件设计70-71
• 5.6.2 终端节点执行机构的软件设计71-74
• 5.7 本章小结74-76
• 第六章 光伏发电系统辅助供电电源的设计76-88
• 6.1 反激式开关电源的工作原理76-77
• 6.2 反激式开关电源主电路输入端器件的选择77-78
• 6.3 反激式开关电源变压器的设计78-79
• 6.4 反激式开关电源输出器件的选型79-80
• 6.5 RCD钳位电路的设计80-81
• 6.6 反馈回路的设计81-82
• 6.7 反激式开关电源补偿网络参数的设计82-86
• 6.8 本章小结86-88
• 第七章 总结与展望88-90
• 参考文献90-94
• 致谢94

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