基于多峰值MPPT光伏并网系统的研究

【摘要】：随着能源环境危机的不断加剧,可再生的太阳能日益显得重要。光伏并网发电是太阳能利用的最主要形式。迄今为止,人们对光伏并网系统进行了广泛的研究,但仍有多问题未能得到很好的解决。因此对光伏并网系统的研究具有十分重要的现实意义。本文对遮荫条件下的光伏并网系统进行了深入的研究,重点研究了光伏电池的最大功率跟踪、拓扑结构及其控制策略、系统软硬件设计等三个方面的问题,主要研究工作包括： 1.深入分析了现有多峰值MPPT算法的特点,建立了遮荫条件下光伏阵列的数学模型,基于该模型,获得了其输出特性,通过研究输出特性,提出基于梯度法和扰动观察法的多峰值MPPT算法,给出算法的实现过程并进行了仿真实验验证。 2.深入分析了常用并网逆变器的拓扑结构及其控制策略的特点和遮荫条件下光伏阵列输出特性,确定了“Boost变换器+全桥逆变器”两级主电路拓扑结构和并网电流的双闭环PI控制策略,并通过MATLAB对系统进行了仿真。仿真结果验证了控制策略的可行性。 3.完成并网系统的硬件和软件的设计。硬件的设计包括BOOST电路、三相逆变电路、DSP控制电路、电源电路、电压电流采样电路、过零比较电路、隔离限幅电路等的设计和制作。软件主要包括系统主程序、初始化子程序、MPPT控制程序、锁相控制程序、中断子程序、ADC控制子程序、SPWM控制子程序。 4.搭建了3kW系统实验平台。对系统在无遮荫和遮荫两个情况进行了实验,测试了控制器和并网逆变器输出波形。实验结果表明,系统能快速的跟踪光伏电池的最大功率点；快速锁定输出符合并网条件的交流电,有效维持母线电压的稳定；具有很好的对环境突变的抗干扰能力。 【关键词】：遮荫条件 多峰值 最大功率跟踪 光伏并网系统 双闭环PI 控制
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 光伏发电的应用背景及意义9-11
• 1.2 MPPT技术和并网发电的现状和发展趋势11-12
• 1.2.1 MPPT技术的现状和发展趋势11
• 1.2.2 并网发电的现状和趋势11-12
• 1.3 光伏发电面临问题的对策12-13
• 1.4 本论文主要研究的内容13-14
• 第二章 基于梯度法和扰动观察法相结合的MPPT算法14-36
• 2.1 光伏电池的输出特性14-25
• 2.1.1 光伏电池工作原理14-16
• 2.1.2 太阳能光伏电池的输出I-U特性16-21
• 2.1.3 遮阴条件下太阳能光伏电池阵列特性21-22
• 2.1.4 局部遮荫对光伏系统的影响22-23
• 2.1.5 光伏阵列MATLAB仿真23-25
• 2.2 多峰值MPPT算法比较25-27
• 2.2.1 结合常规算法的复合MPPT算法25
• 2.2.2 Fibonacci法25-26
• 2.2.3 短路电流脉冲法26
• 2.2.4 基于状态空间的MPPT26-27
• 2.3 基于梯度法和扰动观察法相结合的MPPT算法27-35
• 2.3.1 梯度法27-29
• 2.3.2 扰动观察法29-30
• 2.3.3 基于梯度法和扰动观察法相结合的MPPT算法30-32
• 2.3.4 仿真与分析32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 并网逆变系统的控制策略及拓扑结构36-53
• 3.1 光伏逆变控制策略36-45
• 3.1.1 并网逆变原理36-39
• 3.1.2 并网逆变电流控制策略39-45
• 3.2 并网逆变系统的拓扑结构45-47
• 3.3 系统的工作原理47-49
• 3.4 并网逆变系统的仿真模型与结果分析49-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 三相光伏并网系统的设计53-72
• 4.1 系统硬件电路设计53-59
• 4.1.1 前级Boost电路设计53-56
• 4.1.2 逆变器主要参数设计56-58
• 4.1.3 功率开关管保护电路设计58-59
• 4.2 系统控制电路的设计59-68
• 4.2.1 电源模块管理60-61
• 4.2.2 外扩RAM和FLASH的设计61-62
• 4.2.3 DSP外围电路模块62-63
• 4.2.4 开关管的驱动电路设计63-64
• 4.2.5 信号检测电路的设计64-67
• 4.2.6 系统保护电路的设计67
• 4.2.7 过零检测电路的设计67-68
• 4.3 控制系统程序设计68-70
• 4.3.1 SPWM模块69
• 4.3.2 锁相程序69-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第五章 实验结果分析72-76
• 5.1 MPPT输出实验波形分析72-73
• 5.2 锁相环处理相位和频率73-74
• 5.3 并网电流电压输出74-75
• 5.4 同一桥臂SPWM信号输出75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 工作总结76-77
• 附录77-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 攻读学位期间发表论文情况83

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