单相光伏并网发电系统控制方法的研究

【摘要】：为了解决传统能源的枯竭及其使用所带来的环境问题，全球都在寻找一种新的绿色可再生能源，太阳能以其资源无限性、清洁环保等特点受到越来越多的关注，与此同时光伏并网发电系统已经成为研究的热点。本文以非隔离型单相双级式光伏并网发电系统为研究对象，对其最大功率点跟踪控制以及并网电流控制展开研究。 首先，综述了光伏并网发电系统控制策略，研究了双极式并网逆变系统的boost电路及逆变电路的结构，确定了单相全桥逆变系统主电路以及双极性SPWM调制方式，并计算了系统主电路的元件参数。 然后，建立光伏电池仿真模型，研究了光伏电池输出特性以及最大功率点跟踪控制，针对传统扰动观察法的问题，采用了一种变步长的扰动观察法，即通过判断前后时刻电流差来确定光伏电池的工作点，从而确定下一时刻的扰动步长。 其次，建立并网逆变系统数学模型并对其分析，采用电压环和电流环双环控制，电压环稳定直流母线电压，电流环实现并网电流控制，在电流环的设计中采用三角波控制方式，其中的控制器使用比例谐振控制，针对电网电压对并网电流的影响，使用电网电压前馈补偿。 最后，利用MATLAB分别对变步长的扰动观察法和并网控制方法进行仿真，验证了变步长的扰动观察法即能够实现快速跟踪又很准确，并网电流符合并网要求、直流母线电压能够稳定在参考值。 【关键词】：光伏并网发电系统 最大功率点跟踪控制 并网控制 变步长扰动观察法 比例谐振控制
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM921.5;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 国内外光伏发电的发展现状10-11
• 1.2.1 国外光伏发电的发展和现状10-11
• 1.2.2 国内光伏发电的发展和现状11
• 1.3 光伏并网发电系统概述11-15
• 1.3.1 光伏并网发电系统分类12-14
• 1.3.2 光伏并网发电系统的控制策略14-15
• 1.4 论文主要研究的内容15-16
• 2 双级式并网逆变系统主电路研究16-28
• 2.1 系统主电路拓扑结构的研究16-17
• 2.2 Boost 电路分析17-19
• 2.2.1 Boost 电路的基本原理17-18
• 2.2.2 Boost 电路的工作模式18-19
• 2.3 光伏并网逆变电路的研究19-23
• 2.3.1 光伏并网逆变器的分析19-21
• 2.3.2 SPWM 控制技术21-23
• 2.3.3 单相全桥逆变电路的工作原理23
• 2.4 主电路参数设计23-27
• 2.4.1 Boost 电路的参数设计23-24
• 2.4.2 直流母线电容设计24-26
• 2.4.3 滤波器的参数设计26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 光伏电池输出特性及 MPPT 算法的研究28-40
• 3.1 光伏电池的工作原理及建模28-29
• 3.2 光伏电池输出特性分析29-31
• 3.3 最大功率点跟踪原理31
• 3.4 几种常用的最大功率点跟踪算法31-34
• 3.4.1 固定电压法31-32
• 3.4.2 扰动观察法32-33
• 3.4.3 电导增量法33-34
• 3.5 变步长扰动观察法的研究34-39
• 3.6 本章小结39-40
• 4 单相光伏并网逆变器控制方法的研究40-50
• 4.1 光伏并网逆变器的控制目标40-41
• 4.2 逆变系统控制方案的设计41-42
• 4.3 单相光伏并网逆变电路的数学模型42-44
• 4.4 并网逆变器常用的控制方法44-45
• 4.5 并网电流控制器的研究45-48
• 4.5.1 PR 控制器的分析46-48
• 4.5.2 基于 PR 控制器的电流环控制48
• 4.6 本章小结48-50
• 5 系统仿真分析50-58
• 5.1 变步长扰动观察法的仿真分析50-53
• 5.2 并网控制方法的仿真分析53-54
• 5.3 光伏并网发电系统的仿真分析54-58
• 6 结论58-59
• 参考文献59-61
• 攻读硕士期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62

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