单级式光伏并网逆变器的PR和MPPT集成控制策略研究

【摘要】：随着全球能源形势的日渐紧迫，太阳能光伏并网发电作为有效缓解能源压力的最具可行性的方式之一，正在迅猛发展。近年来，光伏并网发电系统已成为国内外研究热点，内容涉及最大功率跟踪控制、并网逆变控制以及孤岛检测等。本文主要研究单级式光伏并网逆变器的PR和MPPT集成控制策略。 论文首先分析了世界能源格局以及化石燃料所引发的各种环境问题，凸显了发展新能源的重要性；综述了国内外光伏并网发电的发展现状及趋势，以及目前常用的光伏并网系统拓扑结构和现有的光伏逆变器的经典控制技术。 其次，给出了单级式光伏并网系统的整体结构框图，详细分析了光伏电池的工作原理并给出了光伏电池工程化数学模型；建立了单级式光伏并网逆变器的数学模型，对其输出谐波进行分析并且设计了输出滤波器；对于并网系统所必需的输电线路和电网模型进行了简要说明。 再次，针对单级式光伏并网逆变器，以它在αβ坐标系下的数学模型为基础，提出了一种结合PR和MPPT控制的集成控制策略，它具有功率外环和电流内环的结构，可以同时实现最大功率无差跟踪控制和单位功率因数并网控制。给出了结合根轨迹和频率特性的PR控制器参数设计方法，并进行了参数设计；提出了基于电流寻优变步长增量电导法的光伏阵列最大功率跟踪方法，设计了适用于本系统的单同步坐标系锁相环。 最后，在Matlab/simulink环境下建立了10kW单级式光伏并网发电系统的仿真模型，并进行了仿真研究。仿真结果表明，在模拟标准光强、云朵飘过及全天光照的条件下，PR和MPPT集成控制策略能够快速跟踪光照的变化，实现MPPT的无差跟踪控制及单位功率因数并网控制，具有良好的动静态性能。 【关键词】：光伏发电 单级式并网逆变器 集成控制策略 PR控制 MPPT控制
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-15
• 1.1 课题的背景、目的和意义8-10
• 1.1.1 全球能源状况及当前环境问题8
• 1.1.2 选题的目的和意义8-10
• 1.2 光伏发电发展概述10-11
• 1.2.1 世界光伏发电产业的现状及趋势10
• 1.2.2 国内光伏发电产业的现状及趋势10-11
• 1.3 光伏并网逆变器技术发展概况11-13
• 1.3.1 光伏并网系统的拓扑结构11-12
• 1.3.2 光伏并网逆变器的控制技术12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-15
• 第二章 单级式光伏并网发电系统原理及数学建模15-28
• 2.1 系统总体结构及工作原理15
• 2.2 光伏电池的工作原理及特性15-17
• 2.2.1 光伏电池的工作原理15-16
• 2.2.2 光伏电池数学模型16-17
• 2.2.3 光伏电池的输出特性17
• 2.3 光伏并网逆变器原理及数学模型17-27
• 2.3.1 逆变器的调制方式18-19
• 2.3.2 逆变器的谐波分析19-21
• 2.3.3 逆变器的数学模型21-23
• 2.3.4 逆变器的滤波器设计23-27
• 2.4 输电线路及电网模型27-28
• 第三章 单级式光伏并网逆变器的 PR 和 MPPT 集成控制策略28-41
• 3.1 PR 和 MPPT 集成控制策略28-29
• 3.1.1 基本思想28
• 3.1.2 控制器结构及原理28-29
• 3.2 最大功率跟踪控制29-33
• 3.2.1 几种常用的最大功率跟踪算法29-31
• 3.2.2 电流寻优变步长增量电导法31-33
• 3.3 PR 控制器参数设计33-38
• 3.3.1 比例谐振控制器33-34
• 3.3.2 逆变器系统建模34-35
• 3.3.3 控制器参数设计35-38
• 3.4 单同步坐标系下软件锁相环的设计38-41
• 3.4.1 基本原理38-40
• 3.4.2 控制器参数设计40-41
• 第四章 单级式光伏并网逆变器集成控制策略仿真研究41-51
• 4.1 仿真环境简介41-42
• 4.2 锁相环仿真模型及仿真结果分析42-43
• 4.2.1 仿真模型42
• 4.2.2 仿真结果分析42-43
• 4.3 集成控制系统仿真模型建立及参数设置43-47
• 4.3.1 系统总体仿真模型43-44
• 4.3.2 光伏阵列子系统模型及参数44-45
• 4.3.3 主电路模型及参数45-46
• 4.3.4 控制策略子系统模型及参数46-47
• 4.4 仿真结果及分析47-51
• 4.4.1 标准环境下的仿真结果47-48
• 4.4.2 模拟自然条件下的仿真结果48-51
• 第五章 总结51-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-56
• 作者简介56

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