光伏并网发电系统控制策略研究

【摘要】： 能源危机和环境保护使大规模地开发利用可再生清洁能源受到人们的关注。太阳能储量的无限性、开发利用的洁净性以及逐渐显露出来的经济性等优势,使它的开发利用成为人类理想能源的替代能源。太阳能将会成为21世纪后期的主导能源。高性能的数字信号处理器芯片(DSP)的出现,使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器的控制成为可能。本文的主要内容: 1.首先分析了光伏并网逆变器的结构和控制策略,本文使用改进的固定开关频率SPWM电流控制策略,较好地实现了并网逆变器的单位功率因数正弦电流输出控制。本文还使用状态空间平均法对并网逆变器进行了建模分析,然后使用MATLAB中的Simulink工具进行了系统仿真。通过仿真给具体的硬件设计提供了有效的帮助。 2.最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking)控制问题是光伏系统中经常遇见的问题。本文详细地分析了常用的几种MPPT控制方案,提出了新型MPPT控制算法。然后重点论述了本文设计的两级变换结构光伏并网逆变器MPPT控制的实现过程。通过理论分析和具体实验,提出了对于两级变换结构的光伏并网逆变器使用DC-AC逆变器部分实现MPPT控制的控制方式。最后通过实验验证了本文提出的两级变换结构光伏并网逆变器MPPT控制方法的正确性。 3.首先设计了系统的硬件电路,包括参数的选择,器件的选型等,然后又对基于DSP芯片的单相光伏并网系统进行了软件设计。在介绍了系统的硬件资源分配后,给出了系统软件的总体设计,给出了系统的流程图。 4.最后给出了系统的实验结果,实验结果对实际控制过程中控制参数的选取提供的帮助。 【关键词】：太阳能 光伏并网 逆变器 最大功率点跟踪
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 引言9-18
• 1.1 课题背景9-13
• 1.1.1 全球能源危机和环境问题9-10
• 1.1.2 太阳能光伏发电的优点10-11
• 1.1.3 国内外光伏发电现状11-12
• 1.1.4 我国光伏发电概况12-13
• 1.2 光伏并网发电系统13-15
• 1.2.1 并网发电系统组成14
• 1.2.2 光伏并网系统的优缺点14-15
• 1.2.3 我国迫切需要发展光伏并网发电技术15
• 1.3 最大功率跟踪问题15-17
• 1.3.1 最大功率跟踪控制问题15-16
• 1.3.2 最大功率跟踪控制的发展过程16-17
• 1.4 本课题所做的工作17-18
• 2 单相光伏并网逆变器的总体设计及工作原理18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 系统的总体设计18-25
• 2.2.1 并网逆变器的选择18-20
• 2.2.2 并网逆变器的回路方式20-24
• 2.2.3 系统总体方案24-25
• 2.3 系统工作原理25-28
• 2.3.1 前级Boost 电路的工作原理25-27
• 2.3.2 后级单相全桥逆变器的工作原理27-28
• 2.4 单相光伏并网逆变器的控制策略28-33
• 2.4.1 并网逆变器的控制目标28
• 2.4.2 并网逆变器的控制方式28-30
• 2.4.3 并网逆变器控制策略的比较30-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 最大功率点跟踪控制策略的研究34-60
• 3.1 引言34
• 3.2 光伏阵列的输出特性34-38
• 3.2.1 光伏阵列简介34
• 3.2.2 光伏阵列的工作原理34-35
• 3.2.3 光伏阵列的等效电路模型35-36
• 3.2.4 太阳能电池的输出功率36-37
• 3.2.5 太阳能电池的几个重要参数37-38
• 3.2.6 太阳能电池的温度特性和光电特性38
• 3.3 最大功率点跟踪控制方法研究38-46
• 3.4 两级结构并网逆变器的最大功率控制方法46-52
• 3.4.1 使用前级DC-DC 变换器来实现MPPT 控制的控制方式47-49
• 3.4.2 使用后级DC-AC 逆变器来实现MPPT 控制的控制方式49-50
• 3.4.3 MPPT 控制方案的选取50-52
• 3.5 最大功率点跟踪控制的建模与仿真52-58
• 3.5.1 太阳能光伏阵列建模52-54
• 3.5.2 DC-DC 变换器状态空间建模54-55
• 3.5.3 MPPT 控制的MATLAB 仿真55-58
• 3.6 本章小结58-60
• 4 基于DSP 芯片的单相光伏并网系统的实现60-78
• 4.1 光伏并网逆变器的性能条件及总体框图60-61
• 4.1.1 系统技术参数60
• 4.1.2 光伏并网逆变器的系统整体框图60-61
• 4.2 主电路的设计61-67
• 4.3 控制电路设计67-71
• 4.3.1 TMS320F2407A 控制板67-68
• 4.3.2 CPLD 电路设计68-69
• 4.3.3 辅助电源设计69-71
• 4.4 控制系统的硬件资源分配71-72
• 4.5 系统软件的总体设计72-77
• 4.5.1 系统主程序流程图74-75
• 4.5.2 定时器中断子程序75
• 4.5.3 并网同步的实现75-76
• 4.5.4 SPWM 脉冲发生子程序流程图76-77
• 4.5.5 控制系统软件抗干扰措施77
• 4.6 本章小结77-78
• 5 两级变换结构并网逆变器MPPT 控制实验结果78-84
• 5.1 太阳能电池板的特性分析78-81
• 5.1.1 太阳能电池板的参数78
• 5.1.2 太阳能电池板的基本特性78-81
• 5.2 最大功率点跟踪控制实验81-83
• 5.3 本章小结83-84
• 6 总结与展望84-86
• 6.1 全文总结84
• 6.2 展望84-86
• 参考文献86-91
• 附录91-105
• 致谢105

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