基于模糊控制技术的三相光伏并网逆变器的研究

【摘要】：在20世纪的能源结构中,人类所利用的一次能源主要是化石能源,随着化石能源的逐步消耗,能源危机、环境污染的现状已展现在人们面前,开发和利用新能源是目前的首要问题。研究和实践表明,太阳光辐射能丰富、可再生、不污染环境,是最具开发前景的能源之一。光伏发电成为太阳能利用的主要趋势,而光伏发电系统的核心部分光伏并网逆变器成为研究的重点。本文以DSP(数字信号处理器)为主控制芯片,对10kw三相光伏并网逆变器进行了设计。 首先,对组成光伏阵列的光伏电池的特性进行了分析,并建立了相应的功能模型;对光伏阵列输出最大功率的跟踪方法进行了研究,在理论上分析了通过改变DC-DC电路中的开关管的导通占空比来实现最大功率点跟踪,仿真结果体现了利用模糊控制方法实现光伏阵列最大功率点跟踪的优越性。 其次,对不同功率大小的光伏并网逆变器的拓扑结构进行了研究,针对本文的三相10kw光伏并网逆变器设计了其硬件拓扑结构。该结构为双极式,带隔离变压器。通过该拓扑结构对逆变器的主电路进行了设计,该主电路包括Boost电路、逆变主电路及其保护电路、滤波电路和采样电路等;并对电路中相关器件参数的选择进行了设计。 最后,本文采用电流滞环控制方法应用于光伏并网逆变技术中,应用表明电流滞环控制技术能使电流型逆变器的控制系统有更高的精度、稳定性和动态性。电流滞环控制分为恒定环宽控制和可变环宽控制两种方式,针对恒定环宽控制方式下功率开关器件开关频率变化范围大、逆变输出信号频谱差、噪音大等缺陷,本文采用模糊控制技术设计一个环宽可实时变化的滞环比较器,使开关频率变化范围大大减小,从而来实现光伏逆变器的并网控制。仿真显示逆变输出的电流与电网电压同频同相,而且相比恒定滞环方式跟踪精度更高、谐波含量更少,充分体现了基于模糊控制技术的环宽实时可变滞环控制方法的有效性。 【关键词】：光伏发电 光伏并网逆变器 DSP 模糊控制 电流滞环控制 仿真
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-15
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及发展10-11
• 1.3 太阳能光伏发电系统11-13
• 1.3.1 光伏发电系统的简介11-12
• 1.3.2 控制技术的发展12-13
• 1.4 本课题的工作内容13-15
• 第2章 光伏阵列最大功率点跟踪（MPPT）15-26
• 2.1 光伏阵列的输出特性15-18
• 2.1.1 光伏电池的工作原理15-16
• 2.1.2 光伏电池的电特性16-17
• 2.1.3 光伏电池的伏安特性17-18
• 2.2 光伏电池的外特性18-19
• 2.3 最大功率点跟踪（MPPT）原理19-20
• 2.4 MPPT 的控制策略20
• 2.5 MPPT 控制算法20-25
• 2.5.1 扰动观察法21-22
• 2.5.2 电导增量法22-23
• 2.5.3 模糊控制法23-24
• 2.5.4 神经网络控制法24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 三相光伏并网逆变器的拓扑结构与控制策略26-37
• 3.1 三相并网型逆变器的拓扑结构26-29
• 3.1.1 低频环节逆变器26-27
• 3.1.2 高频环节并网逆变器27-28
• 3.1.3 三相并网逆变系统的方案28-29
• 3.2 模糊控制理论29-31
• 3.2.1 模糊控制技术的概况29
• 3.2.2 模糊控制的原理29-30
• 3.2.3 模糊控制器的组成及设计30-31
• 3.3 并网控制策略31-36
• 3.3.1 并网逆变器的控制目标31
• 3.3.2 并网逆变器的工作原理31-32
• 3.3.3 并网逆变器的控制技术32-34
• 3.3.4 基于模糊控制理论的逆变器控制技术34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 系统硬件电路设计37-46
• 4.1 控制芯片37-38
• 4.2 BOOST升压电路38-40
• 4.2.1 电感参数设计39
• 4.2.2 电容参数设计39-40
• 4.2.3 开关器件的选型40
• 4.2.4 二极管参数设计40
• 4.3 逆变器主电路及其保护电路40-42
• 4.3.1 逆变主电路41
• 4.3.2 逆变主电路的驱动及其保护电路41-42
• 4.4 滤波电路42-43
• 4.5 采样电路43-45
• 4.6 本章小结45-46
• 第5章 系统软件设计46-53
• 5.1 DSP 集成开发环境及功能概述46-47
• 5.2 软件锁相环的设计47-48
• 5.3 基于模糊技术的 MPPT 控制48-50
• 5.4 模糊控制技术实现并网控制50-52
• 5.5 本章小结52-53
• 第6章 系统仿真实验53-61
• 6.1 仿真软件简介53
• 6.2 仿真模型的建立53-59
• 6.2.1 光伏电池仿真模型建立53-54
• 6.2.2 基于模糊控制技术的 MPPT 控制仿真模型54-56
• 6.2.3 基于模糊控制技术的并网控制仿真模型56-59
• 6.3 本章小结59-61
• 总结61-62
• 1. 本论文的工作要点61
• 2. 今后研究工作的展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 附录Ⅰ攻读硕士学位期间发表的学术论文目录66

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