基于软开关和MFAC的光伏并网发电系统研究

【摘要】：光伏发电以其广阔的开发利用前景,成为当前国内外研究和关注的热点。本文以光伏并网系统为研究对象,对光伏发电系统中的最大功率点跟踪问题,对DC/DC和DC/AC的变换控制问题进行了深入研究,并进行了仿真和实验验证。针对常规最大功率点跟踪(MPPT)存在的跟踪速度和精度不能兼得的问题,提出了步长自适应的扰动观察法,该方法在最大功率点处通过改变相应的步长来提高精度,在精度达到一定值后再控制步长防止系统出现振荡现象。与传统的最大功率点跟踪方法比较,减少了系统运行的盲目性,提高了响应速度,改善了跟踪效果。针对系统中DC/DC变换器难以精确建模的问题,提出了基于数据驱动无模型自适应(MFAC)的控制方法,将MFAC应用于BOOST电路的控制中,并进行了仿真和实验验证。结果表明,该方法不仅兼顾了传统控制方法设计简单以及现代控制方法控制精确的优点,而且对模型失配现象也有一定的改善。针对DC/DC变换器变换过程中的开关损耗问题,引入了无源无损耗缓冲器单元,有效解决了变换过程中的开关损耗问题,提高了系统的运行效率。研究分析了并网逆变器的控制方式和控制目标,将基于SVPWM的控制方式应用于三相并网控制当中,建立了三相光伏并网逆变器在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,分析了基于同步坐标系直接电流控制技术的电压电流双闭环控制策略。设计了电压外环和电流内环的PI参数。针对逆变过程中的开关损耗,将软开关技术引入到并网逆变器中,最后,在Matlab/Simulink的环境下,搭建了整个光伏并网发电系统。对基于同步坐标系直接电流控制技术的电压电流双闭环控制策略的可行性进行了仿真验证,结果表面,系统运行良好,能够有效满足并网要求。 【关键词】：光伏并网 MPPT 软开关 MFAC SVPWM
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 光伏产业的发展及现状12-14
• 1.2.1 国外光伏发电的发展12-13
• 1.2.2 国内光伏发电的发展13-14
• 1.3 光伏发电系统分类14-17
• 1.3.1 独立光伏发电系统15-16
• 1.3.2 并网光伏发电系统16-17
• 1.4 光伏并网发电系统主要技术难题及研究现状17-19
• 1.5 本文主要工作19-21
• 第2章 光伏电池的模型与特性21-29
• 2.1 光伏电池的工作原理21-22
• 2.2 光伏电池的等效电路及数学模型22-25
• 2.3 光伏电池建模仿真及特性分析25-28
• 2.3.1 光伏电池的建模仿真25-26
• 2.3.2 光伏电池的特性分析26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 基于步长自适应扰动观察法及缓冲器的MPPT控制29-49
• 3.1 最大功率点跟踪原理及其实现电路29-40
• 3.1.1 最大功率点跟踪原理29-30
• 3.1.2 DC/DC变换器的选择及改进电路30-40
• 3.2 最大功率点跟踪算法研究40-45
• 3.2.1 恒电压控制法40-41
• 3.2.2 电导增量法41-43
• 3.2.3 扰动观察法43-45
• 3.3 基于步长自适应的扰动观察法45-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 基于MFAC的DC/DC变换器的控制49-63
• 4.1 常用的DC/DC变换器控制方法49-50
• 4.2 数据驱动无模型自适应控制理论50-56
• 4.2.1 紧格式线性化无模型52-54
• 4.2.2 偏格式线性化无模型54
• 4.2.3 全格式线性化无模型54-56
• 4.3 基于MFAC的BOOST变换器控制56-61
• 4.3.1 参数对无模型控制器的影响56
• 4.3.2 启动实验与分析56-58
• 4.3.3 负载扰动实验与分析58-59
• 4.3.4 输入电压扰动实验与分析59
• 4.3.5 电容参数变化鲁棒性实验与分析59-60
• 4.3.6 期望电压变化实验与分析60-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第5章 基于软开关的并网逆变器拓扑分析63-77
• 5.1 光伏逆变器主电路的拓扑结构63-65
• 5.1.1 三相组合式逆变器63-64
• 5.1.2 三相半桥式逆变器64
• 5.1.3 三相全桥式逆变器电路其拓扑结构64-65
• 5.2 ZVT软开关逆变器主电路拓扑结构65
• 5.3 ZVT谐振过程分析65-76
• 5.3.1 开通过程66-71
• 5.3.2 关断过程71-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第6章 基于SVPWM的三相并网逆变控制77-97
• 6.1 空间矢量调制技术分析77-82
• 6.1.1 SVPWM调制方式77-78
• 6.1.2 扇区的判断78-80
• 6.1.3 电压空间矢量作用的时间分配80-81
• 6.1.4 开关时刻的确定81-82
• 6.2 三相并网逆变器的数学模型82-85
• 6.2.1 并网逆变器在三相静止坐标系下的数学模型82-83
• 6.2.2 并网逆变器在两相静止坐标系下的数学模型83-84
• 6.2.3 并网逆变器在两相旋转坐标系下的数学模型84-85
• 6.3 两相旋转坐标系下的电流控制85-90
• 6.3.1 解耦控制85-87
• 6.3.2 电流环设计87-89
• 6.3.3 电压环设计89-90
• 6.4 光伏逆变器并网仿真分析90-96
• 6.5 本章小结96-97
• 第7章 总结与展望97-99
• 7.1 总结97
• 7.2 展望97-99
• 参考文献99-105
• 致谢105-107
• 硕士期间发表的论文107

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