单级式光伏并网发电系统与MPPT的研究与实现

【摘要】：当今世界能源短缺问题非常严重,我们一直在努力开发新能源,风能、生物质能、水能、太阳能等可再生能源成为新能源主要开发对象。在这当中,太阳能成为可再生能源的重要发展方向,其资源潜力巨大,环境污染低,同时具有安装灵活,与其他能源资源互补能力强的优点。在近年的全球可再生能源总量平均年增长率排名中,太阳能光伏发电位列第一,成为能源的重要发展方向。 本文研究了单相单级式光伏并网发电系统及MPPT技术。从基本逆变器结构出发,设计电路参数结构,在Matlab的Simulink中搭建仿真模型。同时研究最大功率点跟踪技术,将研究的新型MPPT算法在仿真模型中验证,并最后在实际系统中应用。 首先,分析逆变器结构,分别设计前级电路储能滤波电容,后级滤波电感和SPWM预测算法。根据所设计的电路结构与参数,在Matlab的Simulink中建立仿真模型,完成DC-AC逆变功能,实现交流逆变电流THD5%。其次,研究最大功率点跟踪技术。分析经典MPPT算法—恒定电压法、扰动观测法、三点重心法及电导增量法。根据经典算法及光伏电池工作点随环境转移特性,设计新型改进的扰动观测法和电压闭环dp/dv补偿法。将新型MPPT算法在仿真模型Embeded Function中编程实现,并通过示波器检测最大功率点跟踪效果和逆变效率,与经典算法进行比较分析,得到令人满意的结果。最后设计了硬件系统与软件程序,使逆变系统正常工作。在DSP2812上实现了MPPT算法,最终交流逆变电流THD小于5%,最大功率点跟踪效率大于99%。 本文给出了详细的实验仿真模型和算法,搭建的实验软硬件平台可靠性高,波形数据可靠,逆变功率可达3000W,并成功并入电网发电。 【关键词】：单级式光伏逆变器 新型MPPT算法 基于电压闭环和dp/dv补偿MPPT算法 DSP2812
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题的研究背景、意义及相关技术11-13
• 1.2 单级式光伏并网发电系统的发展概况与研究现状13-14
• 1.3 论文的主要研究内容与创新点14-16
• 参考文献16-18
• 第二章 系统结构及原理18-36
• 2.1 引言18
• 2.2 单级式光伏逆变系统分类18-21
• 2.2.1 可调度式光伏发电系统与不可调度式光伏发电系统18-19
• 2.2.2 单级式光伏并网发电系统拓扑结构19-21
• 2.3 逆变电路原理21-25
• 2.3.1 电压型逆变电路21-22
• 2.3.2 SPWM逆变方法原理介绍22-23
• 2.3.3 死区的产生及补偿23-24
• 2.3.4 滞环控制方式24-25
• 2.4 单级式系统结构设计25-28
• 2.4.1 单级式逆变主电路拓扑25-26
• 2.4.2 主电路工作状态分析26-28
• 2.5 前级电路分析28-31
• 2.6 后级电路设计31-34
• 2.6.1 SPWM及预测控制模型31-32
• 2.6.2 交流侧滤波电感设计32-34
• 2.7 本章小结34-35
• 参考文献35-36
• 第三章 最大功率点跟踪研究36-70
• 3.1 引言36
• 3.2 光伏电池介绍36-39
• 3.2.1 光伏电池工作原理36-37
• 3.2.2 光伏电池等效模型37-39
• 3.3 光伏电池特性分析39-44
• 3.3.1 太阳能电池组工作特性39-41
• 3.3.2 太阳能电池组工作点转移特性41-44
• 3.4 经典MPPT算法分析44-50
• 3.4.1 恒定电压法(Constant Voltage Tracking-CVT)44-45
• 3.4.2 扰动观测法45-47
• 3.4.3 基于改进的扰动观测法-三点重心法47-49
• 3.4.4 电导增量法49-50
• 3.5 新型智能算法50-66
• 3.5.1 基于电流积差的MPPT算法51-54
• 3.5.2 改进的扰动观测法54-60
• 3.5.3 基于电压闭环dp/dv补偿最大功率点跟踪技术60-66
• 3.6 小结66-68
• 参考文献68-70
• 第四章 系统仿真及验证70-89
• 4.1 引言70
• 4.2 仿真参数设计70
• 4.3 光伏电池仿真模型70-72
• 4.4 主电路仿真模型72-74
• 4.5 控制电路仿真模型74-77
• 4.6 仿真结果及分析77-87
• 4.6.1 改进型扰动观测法实验结果及分析78-81
• 4.6.2 基于电压闭环及dp/dv补偿的MPPT控制结构与仿真结果81-86
• 4.6.3 两种新型MPPT算法比较与总结86-87
• 4.7 小结87-88
• 参考文献88-89
• 第五章 单级式光伏并网发电系统与MPPT的实现89-107
• 5.1 引言89
• 5.2 硬件电路设计89-97
• 5.2.1 功率逆变主回路电路设计89-92
• 5.2.2 采样控制回路设计92-94
• 5.2.3 驱动电路设计94-96
• 5.2.4 电源电路设计96-97
• 5.3 系统软件设计97-103
• 5.3.1 软件流程框图97-98
• 5.3.2 各部分软件实现分析98-103
• 5.4 实验设备及结论103-106
• 5.4.1 实验平台软硬件设置103-105
• 5.4.2 实验结果105-106
• 参考文献106-107
• 第六章 总结与展望107-109
• 作者攻读硕士期间参加的项目和发表的论文109-111
• 致谢111

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