光伏并网发电系统关键技术研究

【摘要】： 光伏发电已成为我国未来新能源的重要组成部分,随着对其研究的不断深入,光伏并网发电在能源结构调整中起到越来越重要的作用。户用型小功率并网光伏发电系统主要包括最大功率点跟踪(MPPT)控制器和逆变器两个组成部分,本文以光伏并网发电为研究平台,对光伏器件的特性、光伏阵列的最大功率点跟踪方法、并网控制技术等关键技术作了比较深入的研究,并给出了相对完整的光伏并网发电系统的设计、实验样机和实验结果。 本文首先分析了光伏电池的工作原理和输出特性,阐明了最大功率点跟踪的原理,并对不同的最大功率点跟踪方法进行了系统的介绍。针对应用最为广泛的扰动观察法进行了详细的研究,分析了扰动观察法误判的深层次原因,给出了优化设计方法,完成了算法设计和仿真分析,仿真结果验证了算法设计的正确性。论文对逆变器并网控制技术进行了研究,在建立系统模型的基础上对逆变器的双环控制参数进行了根轨迹设计,针对传统控制方法的不足,研究了重复控制和传统PI控制相结合的混合控制技术。 本文最后给出了光伏并网发电系统的完整设计,包括系统的结构、拓扑的选择、控制资源的分配、功率器件选择、电感设计,以及变换器关键驱动电路和采样电路的设计。最后研制了一台500W的光伏并网变换器原理样机,进行了原理验证实验,仿真和实验结果表明上述分析的有效性和合理性。 【关键词】：光伏并网发电 最大功率点跟踪 并网控制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 图表清单9-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 光伏发电的背景和意义13
• 1.2 国内外光伏产业的现状和趋势13-16
• 1.2.1 世界光伏产业发展的现状和趋势13-15
• 1.2.2 国内光伏产业发展的现状和趋势15-16
• 1.3 光伏并网发电技术16-20
• 1.3.1 光伏发电系统的分类16-18
• 1.3.2 光伏并网发电拓扑18-19
• 1.3.3 光伏发电并网控制关键技术19-20
• 1.4 本文的主要工作20-21
• 第二章 最大功率点跟踪技术21-32
• 2.1 太阳能电池简介21-22
• 2.2 最大功率点跟踪方法概述22-25
• 2.2.1 基于优化数学模型的MPPT 控制方法22-23
• 2.2.2 基于扰动的自寻优的MPPT 控制方法23-24
• 2.2.3 基于智能处理方法和其他非线性控制策略的MPPT 控制方法24-25
• 2.2.4 基于输出端控制的MPPT 控制方法25
• 2.3 扰动观察法算法及改进25-31
• 2.3.1 改进的扰动观察法25-30
• 2.3.2 改进扰动观察法仿真分析30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 MPPT 控制器的设计和优化32-44
• 3.1 MPPT 控制器拓扑选择32-33
• 3.1.1 普通单相Boost 变换器32
• 3.1.2 交错并联Boost 变换器32-33
• 3.2 平均电流控制技术及仿真33-39
• 3.2.1 后级并网逆变器对前级Boost 的影响33-36
• 3.2.2 Boost 输出母线电容36-38
• 3.2.3 平均电流控制技术与仿真38-39
• 3.3 Boost 硬件设计39-43
• 3.3.1 Boost 功率电路设计40-42
• 3.3.2 Boost 变换器驱动电路设计42-43
• 3.3.3 Boost 采样保护电路设计43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 并网逆变器控制技术44-62
• 4.1 并网逆变器的拓扑结构44-46
• 4.2 数字控制策略46-48
• 4.2.1 PID 控制46
• 4.2.2 重复控制46-47
• 4.2.3 无差拍控制47
• 4.2.4 混合控制技术47-48
• 4.3 并网逆变器PID 控制技术48-52
• 4.3.1 电流内环设计49-50
• 4.3.2 电压环设计50-52
• 4.4 重复控制+PI 混合控制技术52-55
• 4.4.1 重复控制技术原理52-53
• 4.4.2 混合控制技术53-55
• 4.5 软件锁相算法55-57
• 4.5.1 锁相环控制原理55
• 4.5.2 具体锁相算法实现55-57
• 4.6 逆变器硬件设计57-61
• 4.6.1 逆变器功率电路设计57
• 4.6.2 电感器设计57-58
• 4.6.3 驱动电路设计58-59
• 4.6.4 采样电路设计59-61
• 4.7 本章小结61-62
• 第五章 光伏并网发电系统的设计与实现62-74
• 5.1 系统要求与总体设计62-64
• 5.1.1 基于 MCU 的数字处理单元63-64
• 5.2 系统软件设计64-68
• 5.2.1 系统控制器资源分配64-66
• 5.2.2 软件设计66-68
• 5.3 系统实验结果和分析68-73
• 5.3.1 MPPT 控制器实验结果68-71
• 5.3.2 并网实验结果71-72
• 5.3.3 混合控制实验结果72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 总结和展望74-76
• 6.1 本文主要工作74-75
• 6.2 下一步工作设想75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文81

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