光伏发电最大功率跟踪技术及并网系统研究

【摘要】：随着世界范围内能源短缺和严重的环境污染,寻找新型可再生能源具有重要的意义。太阳能因其无污染、随处可得而得到了广泛的关注,其中光伏发电成为太阳能利用的重要方式和发展趋势。论文以3kW非隔离单相光伏并网逆变器为研究对象,分析了光伏电池建模方法、MPPT技术和光伏并网控制技术。 首先,论文研究了国内外光伏发电的背景意义和发展现状,分析了光伏发电系统的工作原理和电路拓扑,最终选择了两级式非隔离结构,前级DC/DC变换器选用了Boost电路,后级DC/AC变换器采用全桥电路。重点分析了光伏电池的原理和输出特性,研究了太阳能电池参数的计算方法,应用不同的电池模型进行Matlab仿真研究。改进的工程电池模型能够模拟局部阴影或不均匀光照情况下光伏电池阵列可能出现的功率突降和多峰值特性情况。其次,系统分析了常见的MPPT控制方法,对扰动观察法和电导增量法进行了详细的讨论,包括对采样时间和扰动步长等关键参数的分析,由于基本MPPT方法在局部阴影多峰值时会出现无法跟踪的情况,因此提出了一种改进PSC-MPPT方法,并进行仿真验证。最后,在研究光伏并网逆变器常见控制策略的基础上,论文选择采用重复控制结合PI双闭环控制的方法,使系统具有PI控制的快速响应特性又具有重复控制较好的稳态性能。 研制了一台3kW光伏并网逆变器样机,进行系统软件设计和主功率板及控制板电路硬件设计,选择DSP28335和ARM2132作为控制芯片,对样机进行调试和实验,实验结果验证了控制方法的可行性。 【关键词】：光伏并网逆变器 光伏电池建模 MPPT 局部阴影 双环控制 重复控制
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 光伏发电的背景及意义10
• 1.2 光伏发电的国内外研究现状与趋势10-12
• 1.2.1 国外光伏发电的研究现状和趋势10-12
• 1.2.2 国内光伏发电的研究现状和趋势12
• 1.3 光伏发电技术研究的热点和主要问题12-13
• 1.4 论文的选题意义和研究内容13-15
• 2 光伏并网系统的整体设计与研究15-24
• 2.1 离网光伏发电系统15
• 2.2 并网光伏发电系统15-19
• 2.2.1 并网光伏系统的体系结构15-17
• 2.2.2 光伏并网逆变器的电路拓扑17-19
• 2.3 混合光伏发电系统19
• 2.4 本课题光伏并网系统的整体设计19-23
• 2.4.1 前级DC/DC变换器的分析与研究20-21
• 2.4.2 后级全桥电路的分析与研究21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 光伏电池建模和MPPT技术研究24-53
• 3.1 太阳能光伏电池的分类和原理24-26
• 3.1.1 太阳能光伏电池的分类24-25
• 3.1.2 太阳能光伏电池的工作原理25
• 3.1.3 太阳能光伏电池的工作特性25-26
• 3.2 太阳能光伏电池的建模与仿真26-34
• 3.2.1 太阳能光伏电池的单指数模型27-28
• 3.2.2 太阳能光伏电池的双指数模型28-29
• 3.2.3 太阳能光伏电池局部阴影的多峰值模型29-30
• 3.2.4 太阳能光伏电池的工程模型30-31
• 3.2.5 太阳能光伏电池的仿真分析31-34
• 3.3 常见MPPT算法的研究与仿真34-47
• 3.3.1 MPPT控制技术的原理与应用34-36
• 3.3.2 开环间接控制法36
• 3.3.3 闭环自适应直接控制法36-47
• 3.3.4 MPPT技术的结构分析47
• 3.4 PSC-MPPT技术的研究47-48
• 3.5 改进MPPT算法的提出和仿真48-52
• 3.6 本章小结52-53
• 4 光伏并网逆变器的控制策略研究与设计53-68
• 4.1 光伏并网逆变器并网要求和控制目标53-54
• 4.2 光伏并网逆变器的控制方法分析54
• 4.3 光伏并网逆变器的控制策略建模与设计54-60
• 4.3.1 光伏并网逆变器的单电流环数学模型54-55
• 4.3.2 电网电压前馈补偿器设计55-56
• 4.3.3 光伏并网逆变器的电压电流双闭环数学模型56-57
• 4.3.4 PI参数设计与实现57-60
• 4.4 重复控制理论及在光伏并网控制中的应用60-62
• 4.4.1 重复控制理论60-62
• 4.4.2 基于重复控制与PI控制混合控制技术的双闭环系统研究62
• 4.5 光伏并网逆变器控制的仿真分析62-67
• 4.5.1 光伏并网逆变器单电流环仿真62-63
• 4.5.2 重复控制与PI控制混合技术仿真63-64
• 4.5.3 光伏并网逆变器电压电流双闭环仿真64-65
• 4.5.4 光伏并网系统仿真65-67
• 4.6 本章小结67-68
• 5 光伏并网系统的软硬件设计68-80
• 5.1 光伏并网系统主功率硬件电路的设计68-71
• 5.1.1 Boost电路的参数设计68-69
• 5.1.2 全桥电路的参数设计69-71
• 5.2 光伏并网系统外围硬件电路的设计71-75
• 5.2.1 控制芯片DSP28335和ARM2132的选择71-72
• 5.2.2 IPM隔离驱动电路的设计72
• 5.2.3 系统保护电路和DSP调理电路的设计72-73
• 5.2.4 电压电流采样电路设计73-75
• 5.3 光伏并网系统的软件设计75-79
• 5.3.1 系统主程序75
• 5.3.2 A/D采样与滤波模块75-76
• 5.3.3 eCAP模块76-77
• 5.3.4 SPWM模块77
• 5.3.5 MPPT控制模块77-78
• 5.3.6 通讯模块78
• 5.3.7 PI调节器模块78-79
• 5.4 本章小结79-80
• 6 实验结果和分析80-89
• 6.1 驱动电路实验80-82
• 6.2 最大功率点跟踪技术实验分析82-86
• 6.2.1 单峰值基本MPPT实验82-85
• 6.2.2 多峰值PSC-MPPT的实验85-86
• 6.3 光伏并网系统实验分析86-88
• 6.3.1 基于重复PI混合控制的并网实验86-87
• 6.3.2 电压电流双闭环并网实验87-88
• 6.4 本章小结88-89
• 7 总结与展望89-90
• 7.1 总结89
• 7.2 前景与展望89-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-94

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