太阳能光伏并网发电系统的分析与研究

【摘要】： 随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重,开发利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、大规模开发利用最有前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注,而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势,必将得到快速的发展。此外,高性能的数字信号处理芯片(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成为可能。本论文就是在此背景下,对太阳能并网发电系统中的核心器件并网逆变器进行了较为深入的研究,具有重要的现实意义。 太阳能光伏并网发电系统的两个核心部分是太阳能电池板的最大功率点跟踪(MPPT)控制和光伏并网逆变控制。 首先,本文对太阳能电池的工作原理及工作特性进行介绍,详细分析太阳能电池工作的等效电路和数学模型。 其次,本文对几种传统的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法进行了研究、分析和比较,提出各自优缺点。基于最大功率跟踪过程的快速性和稳定性,设计采用改进的间歇扫描法来实现光伏发电系统中太阳能电池的最大功率输出,以提高系统的性能和最大功率点跟踪速度。 再次,针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器,本文采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法,既保证了逆变器输出的静态误差为零,又保证了逆变器良好的输出波形。给出了同时满足独立和并网两种运行模式的输出滤波器结构和元件参数的计算过程,并通过仿真和实验验证了设计的合理性。 随后,详细讨论了并网过程中的软件锁相环技术,对锁相环电路的组成、工作原理进行了研究,实验结果表明此方法可靠有效,能使逆变器输出电流与电网电压完全同相,达到功率因数为1的目的。 最后,采用TI公司的TMS320LF2407A作为主控芯片,研制完成1.5kW实验样机,分别得出了独立运行和并网运行时的实验结果,结果表明,所采用的控制策略和设计的硬件电路能够满足设计要求,系统可安全、稳定运行。 【关键词】：光伏 并网发电 最大功率点跟踪(MPPT) 软件锁相环 双环控制
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题的研究背景及意义8-9
• 1.2 光伏并网发电在国内外的现状和发展9-11
• 1.3 光伏并网发电系统的分类和基本原理11-12
• 1.4 系统总体方案12
• 1.5 本文主要的研究内容12-14
• 第二章 光伏电池模型及最大功率跟踪算法14-23
• 2.1 太阳能电池的工作原理及基本特性14-17
• 2.1.1 太阳能电池的等效电路及数学模型14-15
• 2.1.2 太阳能电池的I-V 输出特性15
• 2.1.3 日照强度和结温对太阳能电池输出特性的影响15-16
• 2.1.4 串联电阻的影响16-17
• 2.2 最大功率点跟踪的原理17-18
• 2.3 最大功率点跟踪（MPPT）的研究进展18-19
• 2.3.1 MPPT 在电力电子技术应用方面的研究进展18
• 2.3.2 MPPT 在控制理论方面的研究进展18-19
• 2.4 几种最大功率点跟踪方法的比较19-20
• 2.4.1 定电压跟踪法（Constant Voltage Tracking，CVT）19
• 2.4.2 扰动观察法（Perturb and observe，PAO）19
• 2.4.3 电导增量法（Incremental Conductance Algorithm，ICA）19
• 2.4.4 其它MPPT 方法19-20
• 2.5 DC/DC 电路的MPPT 功能实现20-22
• 2.5.1 DC/DC 电路拓扑的选取20-21
• 2.5.2 光伏并网逆变器的最大功率控制方法21-22
• 2.6 小结22-23
• 第三章 光伏并网逆变器控制策略的研究23-40
• 3.1 光伏并网逆变器的分类24
• 3.2 光伏并网逆变器控制目标24-25
• 3.3 并网逆变器常用控制方法25-27
• 3.4 基于SPWM 的电压/电流型并网逆变器控制的研究27-35
• 3.4.1 控制系统数学模型27-29
• 3.4.2 PI 参数的设计29-31
• 3.4.3 控制系统的仿真31-33
• 3.4.4 控制系统的误差分析33
• 3.4.5 基于SPWM 的电压/电流型并网逆变器的控制方法33-35
• 3.5 并网逆变器中同步锁相环的研究35-39
• 3.5.1 软件锁相环的基本原理36-37
• 3.5.2 基于光伏并网控制的软件锁相环的工作原理37
• 3.5.3 并网控制中的锁相算法分析37-39
• 3.6 小结39-40
• 第四章 基于DSP 的光伏并网发电系统软硬件设计40-60
• 4.1 光伏并网发电系统硬件设计40-51
• 4.1.1 系统技术指标40
• 4.1.2 BOOST 电路主要参数设计40-43
• 4.1.3 DC/AC 电路主要参数设计43-46
• 4.1.4 系统控制电路的设计46-50
• 4.1.5 印制板电磁兼容的设计50-51
• 4.2 光伏并网发电系统软件设计51-59
• 4.2.1 TMS320LF2407A 功能介绍51-52
• 4.2.2 系统软件的总体设计52
• 4.2.3 系统主程序流程图52-54
• 4.2.4 定时器中断子程序54-55
• 4.2.5 软件锁相环的设计55-58
• 4.2.6 MPPT 软件实现58-59
• 4.2.7 控制系统软件抗干扰措施59
• 4.3 小结59-60
• 第五章 实验与仿真结果分析60-66
• 5.1 MPPT 仿真结果与分析60-61
• 5.2 逆变部分仿真与实验61-65
• 5.2.1 系统仿真61-62
• 5.2.2 系统实验62-65
• 5.3 小结65-66
• 总结与展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 附录Ⅰ：相关硬件电路73-75
• DSP 及其外围电路73-74
• 开关电源74-75
• 附录Ⅱ：部分源程序75-78
• 附录Ш：作者在攻读硕士学位期间发表的论文78

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