单相光伏发电系统与并网控制策略的研究

【摘要】：随着社会经济的发展、人口的快速增长和人民生活水平的提高,传统能源即将面临着被消耗完的威胁,再加上对环境污染的问题日益严峻,因此开发可利用的新能源势在必行。太阳能具有无污染、无噪声、可再生、分布广泛等突出优点,受到世界各国的普遍关注。太阳能利用中的一个重要方面就是光伏并网发电,近几年来已经得到了迅猛的发展。并网控制策略做为光伏发电系统中最为关键的技术,决定了光伏并网发电的成败和质量,近来也是研究的重点。 为此,本论文以最为灵活的单相光伏发电系统为研究对象,对单相光伏发电系统的主要理论和关键技术问题进行了研究,从单相光伏发电系统的结构、工作原理、主要元器件的参数设计以及并网的控制策略等方面作了详细的分析和研究,并在此基础上设计了一个单相光伏发电系统。主要内容有: 1.介绍了光伏并网逆变器的分类和拓扑结构,提出了单相光伏发电系统的总体设计方案,详细阐述了无变压器隔离的单相两级式光伏并网逆变系统的拓扑结构和工作原理。 2.针对并网逆变器的控制目标的特点,详细分析了目前常用的并网电流控制策略的优缺点,并在此基础上提出了改进型的双环控制策略,用matlab仿真软件进行了相关数学建模和仿真,验证了控制策略的可行性。 3.针对3kW单相光伏并网发电系统的主要技术参数,采用TMS320LF2407A作为系统主控制器的设计方案。对Boost主电路和逆变主电路中的关键元器件的参数的选取做了详细的分析,并根据整个系统正常工作的需要,详细分析了控制电路、驱动电路和信号调理电路的设计。 4.最后搭建了3kW单相光伏发电系统的软硬件实验平台,得到了带阻性负载和并网发电的实验结果,对本文设计的控制策略进行了实验验证。 【关键词】：单相光伏 并网策略 双环控制
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 世界能源形势与前景预测11-12
• 1.2 光伏并网发电的优点12-13
• 1.3 国内外光伏并网发电现状及发展前景13-15
• 1.4 本论文的选题和研究内容15-17
• 第二章 单相光伏发电系统的结构与工作原理17-29
• 2.1 单相光伏并网发电系统的基本原理17-18
• 2.2 光伏并网逆变器的分类与拓扑结构18-22
• 2.2.1 光伏并网逆变器的分类18-19
• 2.2.2 光伏并网逆变器的拓扑结构19-21
• 2.2.3 光伏并网逆变器的总体设计方案21-22
• 2.3 光伏并网逆变系统的工作原理22-28
• 2.3.1 前级DC/DC 升压电路的工作原理22-25
• 2.3.2 后级全桥逆变主电路的工作原理25-26
• 2.3.3 SPWM 控制原理26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 光伏并网逆变器的控制策略29-38
• 3.1 光伏并网逆变器的控制目标29-30
• 3.2 并网逆变器的电流控制策略分析比较30-32
• 3.2.1 电流滞环比较控制方式30-31
• 3.2.2 固定开关频率法31-32
• 3.2.3 其它控制策略32
• 3.3 电流无差拍控制策略32-34
• 3.3.1 无差拍控制的基本原理32-33
• 3.3.2 无差拍控制策略33-34
• 3.4 电压电流双闭环控制策略34-36
• 3.5 本系统采用的控制策略36-37
• 3.5.1 双环控制与无差拍控制的比较36
• 3.5.2 改进型的电压电流控制策略36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 光伏并网系统软硬件设计实现38-56
• 4.1 单相光伏并网逆变器的设计参数38-39
• 4.2 光伏并网逆变器硬件设计39-47
• 4.2.1 BOOST 升压电感参数设计39-40
• 4.2.2 直流母线稳压电容参数设计40-41
• 4.2.3 输出滤波电感参数设计41-42
• 4.2.4 逆变主电路开关管参数设计42-43
• 4.2.5 驱动电路设计43-44
• 4.2.6 信号调理电路设计44-46
• 4.2.7 控制电路设计46-47
• 4.3 光伏并网逆变器软件设计47-55
• 4.3.1 系统软件总体设计47-49
• 4.3.2 系统主程序设计49-50
• 4.3.3 中断服务子程序设计50-51
• 4.3.4 数字锁相环的程序设计51-52
• 4.3.5 PI 环控制子程序设计52-54
• 4.3.6 SPWM 程序设计54-55
• 4.3.7 软件抗干扰设计55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 系统仿真与实验56-63
• 5.1 并网逆变的仿真研究56-58
• 5.1.1 电压电流双环并网逆变仿真56-57
• 5.1.2 市电变化动态并网仿真57-58
• 5.2 并网逆变实验与结果58-62
• 5.2.1 并网逆变器概况58-59
• 5.2.2 各个信号波形59-60
• 5.2.3 输出接阻性负载实验波形60-62
• 5.2.4 并网实验波形62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 总结和展望63-65
• 6.1 全文总结63
• 6.2 发展与展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 附录一： 部分初始化程序69-72
• 1. 系统初始化程序69
• 2. CAP 捕获初始化69-70
• 3. 升压和逆变初始化70-72
• 附录二： 样机实物照片72-74
• 1. 强电部分72
• 2. 弱电部分72-73
• 3. DSP 控制板73-74
• 在校期间的研究成果74-75

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