单相光伏并网逆变系统MPPT与重复控制策略的设计与仿真研究

【摘要】：随着化石燃料的日渐枯竭及生态环境的日益恶化,开发利用无污染或少污染的新型可替代能源已经是大势所趋。太阳能作为取之不尽用之不竭、近乎无污染的优点受到世界各国的关注和支持。太阳能有多种利用方式,其中光伏发电是太阳能利用的主流,代表着太阳能利用的发展方向。本文以单相光伏并网逆变系统为研究对象,着重研究了能量变换环节DC/DC、DC/AC控制策略,从系统拓扑结构、系统参数选择、最大功率跟踪、逆变控制等方面做了详细的分析和仿真。 论文从光伏系统组成、系统分类、主电路拓扑、滤波电路和并网控制方面进行了总体研究,选择双级式单相全桥电路和LCL滤波电路作为系统主电路进行了重点分析。对各种最大功率点跟踪(MPPT)算法进行了详细的分析,选用电导增量法作为最大功率跟踪算法研究的基础。基于最大功率跟踪的一般原理,提出一种直接功率检测的自适应变步长的电导增量算法。搭建电路仿真模型,仿真实验结果显示了该改进算法的正确性和先进性。 基于内模原理的重复控制方法对抑制周期性干扰有先天的优势,本文进行了重点研究和设计。由于LCL滤波器本身的增益特性,在设计重复控制器时一般需要设置梳状滤波器消除尖峰。通过在L或C上串并联电阻的方式可以改善LCL滤波器的增益特性,但电阻的存在无疑增加了功率损耗,这在大功率系统中尤其不适用。针对这个问题,采用并提出了一种基于虚拟电阻的重复控制算法。该算法只需要在简化的重复控制滤波器之后、调制产生PWM波之前放置一个PD+二阶低通滤波环节,算法简单,没有实际电阻功率损耗。搭建模块进行系统仿真,通过仿真对比验证了仿真算法的可行性。 【关键词】：光伏发电 单相并网逆变 电导增量 重复控制 虚拟电阻
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-16
• 1.1 太阳能利用概述7-8
• 1.2 光伏产业和光伏市场发展现状8-11
• 1.2.1 国外光伏产业和光伏市场发展现状8-10
• 1.2.2 中国光伏产业和市场发展现状10-11
• 1.3 光伏发电概述11-14
• 1.3.1 光伏发电系统分类11-12
• 1.3.2 并网发电标准12-13
• 1.3.3 光伏发电的几个关键技术问题13-14
• 1.4 论文研究的主要内容14-16
• 第二章 单相光伏并网系统分析16-26
• 2.1 光伏并网系统的组成16-17
• 2.2 系统工作原理分析17-18
• 2.3 逆变器分类与建模18-21
• 2.3.1 按能量转换环节分类的逆变器拓扑18-19
• 2.3.2 单相逆变器数学模型19-21
• 2.4 滤波电路分析与设计21-24
• 2.4.1 LC 滤波电路分析与设计21-22
• 2.4.2 LCL 滤波电路分析与设计22-23
• 2.4.3 基于虚拟电阻的LCL 滤波电路分析与设计23-24
• 2.5 并网控制24-26
• 第三章 基于Boost 电路最大功率跟踪控制的研究26-34
• 3.1 Boost 升压电路理论分析26-28
• 3.1.1 Boost 电路工作原理26-27
• 3.1.2 Boost 实现MPPT 的理论依据27
• 3.1.3 Boost 电路参数计算27-28
• 3.2 MPPT 控制策略28-34
• 3.2.1 MPPT 基本原理28-29
• 3.2.2 几种常见的控制方法29-32
• 3.2.3 直接功率检测的自适应变步长的电导增量算法32-34
• 第四章 光伏并网逆变重复控制策略研究34-44
• 4.1 重复控制的基本思想34-35
• 4.2 重复控制的系统结构35-39
• 4.2.1 重复控制内模35-36
• 4.2.2 补偿器36-37
• 4.2.3 周期延迟环节37-38
• 4.2.4 稳定性分析38-39
• 4.3 设计实例39-42
• 4.4 基于虚拟电阻的重复控制算法42-44
• 第五章 光伏并网系统的MATLAB 仿真分析与研究44-60
• 5.1 MATLAB/Simulink 仿真环境简介44-45
• 5.2 光伏阵列模块45-50
• 5.2.1 光伏阵列模型45-46
• 5.2.2 光伏电池模块仿真结果分析46-50
• 5.3 基于Boost 电路的MPPT 算法仿真50-55
• 5.3.1 基于boost 电路的最大功率跟踪系统各模块仿真模型50-51
• 5.3.2 MPPT 仿真结果与分析51-55
• 5.4 重复控制策略仿真分析55-60
• 5.4.1 仿真模型55
• 5.4.2 仿真结果与分析55-60
• 总结与展望60-61
• 参考文献61-64
• 发表论文和参加科研情况说明64-65
• 致谢65

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