光伏系统实验平台及控制策略的研究与实现

【摘要】：随着世界性能源短缺以及由能源引起的环境污染问题日趋严重,合理有效地开发清洁、安全、可靠、持久的新能源已刻不容缓。光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少,是一种前景广阔的绿色能源。此外,再加上功率变换器拓扑结构和高性能的数字信号处理器(DSP-Digital Signal Processor)的快速发展,因此,国内外学术界和产业界都不断致力于光伏发电技术的研究。 本文在分析和研究当前光伏并网系统的常见拓扑结构及控制策略的基础上,搭建一套3kW的光伏系统实验平台。拓扑结构选择前级Boost变换器升压、后级全桥DC/AC变换器逆变的两级并网结构,控制策略采用新型的双模模糊最大功率点跟踪(MPPT-Maximum Power Point Tracing)以及无差拍并网逆变等控制算法,不仅满足搭建光伏系统实验平台时必须考虑的经济可靠、结构简单、易于实现等要求,而且给学习和了解光伏并网系统的组成结构及内部硬件电路、研究和发展光伏发电MPPT及并网逆变等控制技术提供一个良好的环境。 首先,针对当前光伏并网系统中控制策略的不足之处,在MPPT方面采用一种带有调整因子的双模模糊控制策略,较好解决了快速跟踪与精确定位的相互矛盾,提高了光伏发电系统的效率。在并网逆变控制策略方面,采用基于数字滤波的无差拍控制算法,基本消除电网电压采样的误信号,增强了并网逆变的控制效果。在锁相环技术方面,采用软件锁相环,保证了逆变器输出对电网电压的同步。在孤岛效应防护方面,采用带正反馈的主动移频法(AFDPF-Active Frequency Drift with Positive Feedback),使得检测速度明显加快的同时进一步缩小检测盲区,增强了孤岛效应保护的可靠性。 其次,根据光伏系统实验平台的电气技术指标,完成3kw光伏系统实验平台的硬件设计,对主拓扑电路结构中的元器件参数进行计算,并围绕主控制芯片TMS320F2812进行了外围辅助电源电路、信号检测电路、保护电路以及开关管驱动电路的详细设计 最后,本文在完成控制策略的软件实现后,对搭建起来的光伏系统实验平台进行仿真和实验。通过对采用常规控制策略和采用新型控制策略所得结果的比较分析,表明本文搭建的光伏系统实验平台满足设计要求,并具有输出优质电能的能力。 【关键词】：光伏发电 非隔离并网 双模模糊 无差拍控制 实验平台
【学位授予单位】：江南大学
【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7-13
• 1.1 光伏并网发电的研究背景及意义7-8
• 1.2 国内外光伏发电的现状及展望8-10
• 1.2.1 国外光伏发电的现状及展望8-9
• 1.2.2 我国光伏发电的现状及展望9-10
• 1.3 光伏系统实验平台简介10-11
• 1.4 本文的主要研究任务和内容11-13
• 第二章 光伏系统实验平台方案的分析与确定13-19
• 2.1 光伏并网系统的组成结构13
• 2.2 光伏系统实验平台对并网逆变器的设计要求13-14
• 2.3 光伏并网逆变器拓扑结构的分类14-17
• 2.3.1 工频隔离型光伏并网逆变器14-15
• 2.3.2 高频隔离型光伏并网逆变器15-16
• 2.3.3 单级非隔离型光伏并网逆变器16
• 2.3.4 多级非隔离型光伏并网逆变器16-17
• 2.4 光伏系统试验平台方案的确定17-18
• 2.5 本章小结18-19
• 第三章 光伏系统实验平台核心控制策略的研究19-33
• 3.1 最大功率点跟踪(MPPT)控制策略研究19-24
• 3.1.1 光伏阵列工作特性及MPPT原理19-20
• 3.1.2 常用MPPT控制策略20-21
• 3.1.3 带调整因子的双模模糊MPPT控制策略21-24
• 3.2 光伏并网逆变控制策略研究24-28
• 3.2.1 常规全数字电流控制策略24-26
• 3.2.2 基于数字滤波的无差拍控制算法26-28
• 3.3 光伏并网逆变器锁相环的研究28-30
• 3.3.1 锁相环的工作原理和分类28-29
• 3.3.2 光伏并网逆变器软件锁相环的设计29-30
• 3.4 光伏系统实验平台的孤岛防护30-31
• 3.4.1 孤岛效应的含义及国际标准30
• 3.4.2 孤岛效应检测方法的分类与研究30-31
• 3.5 本章小结31-33
• 第四章 光伏系统实验平台的设计33-45
• 4.1 DC/DC变换器Boost电路主要参数设计33-36
• 4.1.1 电感的设计33-34
• 4.1.2 开关管的设计34
• 4.1.3 二极管的设计34-35
• 4.1.4 中间支撑电容的设计35-36
• 4.2 DC/AC变换器主要参数设计36-37
• 4.2.1 开关管的选择36-37
• 4.2.2 吸收电容的选择37
• 4.3 LC滤波环节主要参数设计37-38
• 4.3.1 LC滤波器的设计37-38
• 4.3.2 滤波电容的设计38
• 4.4 DSP功能介绍及其外围电路设计38-44
• 4.4.1 TMS320F2812功能介绍38-39
• 4.4.2 辅助电源设计39
• 4.4.3 信号采样电路39-40
• 4.4.4 保护电路40-41
• 4.4.5 IGBT驱动电路41-43
• 4.4.6 MOSFET驱动电路43-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 软件实现与仿真及实验结果分析45-55
• 5.1 控制策略的软件实现45-51
• 5.2 MPPT仿真结果与分析51-53
• 5.3 系统实验与分析53-55
• 第六章 总结与展望55-57
• 致谢57-59
• 参考文献59-63
• 附录A:相关硬件电路63-65
• 附录B:作者在攻读硕士学位期间发表的论文65

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