高效非隔离光伏并网逆变系统的研究

【摘要】：由于严重的能源危机和环境污染问题,人类选择的能源趋向于清洁可再生方向。太阳能是目前最清洁、分布最广泛的可再生能源之一,所以太阳能发电受到各国政府和科研技术人员的广泛关注,成为了太阳能利用的主要发展趋势,给人类社会带来巨大的经济利益。此外,高频低耗开关器件和高性能处理器的出现,使得一系列先进的控制策略广泛应用于光伏并网逆变系统中,提高了逆变系统的转换效率,降低了成本、重量和体积,延长了寿命,也提高了可靠性。光伏并网逆变系统大规模应用成为可能。基于此,本文对太阳能并网发电系统的核心控制算法进行了较为深入的研究,研究目标针对降低并网电流总谐波失真(THD)并提高并网发电系统的转换效率。基于H4全桥电路,论文对太阳能并网发电系统的电网电压前馈PI控制策略和模型预测控制策略进行了理论研究和仿真验证对比。文章首先介绍了电网电压前馈PI控制策略和一些传统模型预测控制策略,详细地描述了相关理论,进行了仿真验证和对比分析。电网电压前馈PI控制、直接数字模型预测控制、改进型模型预测控制和无约束最优调制模型预测控制都是基于传统SPWM调制的控制方法,其控制性能受到PWM调制的影响。在前期工作中,作者发现电网电压前馈PI控制策略存在无法消除的电流静差和动态性能差的问题,而传统模型预测控制策略网侧电流稳态误差较大的问题。作者提出了一种用于单相逆变器的基于球形译码多步模型预测控制策略,重点介绍了球形译码的机理和二叉树遍历方法,并进行了仿真验证。仿真结果表明,相比较电网电压前馈PI控制和一些传统模型预测控制策略,基于球形译码多步模型预测控制策略与枚举法相比,大大降低了寻优次数,并可获得较低的电网电流的稳态误差。 【关键词】：单相光伏发电系统 并网电流控制 模型预测控制 多步 球形译码
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 背景和意义8
• 1.2 太阳能发电的现状及未来展望8-9
• 1.3 非隔离单相光伏并网逆变器共模电流分析和相关拓扑9-19
• 1.3.1 非隔离型单相光伏并网逆变系统共模电流分析10-11
• 1.3.2 H5拓扑11-13
• 1.3.3 带有直流旁路的全桥逆变拓扑——FB-DCBP13-15
• 1.3.4 全桥零电压整流器——FB-ZVR15-17
• 1.3.5 HERIC拓扑17-19
• 1.4 课题研究主要内容19-21
• 第二章 高效非隔离光伏并网逆变系统的传统控制策略21-33
• 2.1 电网电压前馈PI控制策略21-23
• 2.2 直接数字预测控制策略23-26
• 2.3 改进型模型预测控制策略26-28
• 2.4 最优脉冲模型预测控制策略28
• 2.5 传统控制策略仿真对比分析28-32
• 2.6 本章总结32-33
• 第三章 基于球形译码的多步模型预测控制策略33-54
• 3.1 多步模型预测控制33-38
• 3.1.1 模型预测控制基本原理33-36
• 3.1.2 整型二次规划36-38
• 3.2 球形译码38-42
• 3.2.1 球形译码的基本原理38-40
• 3.2.2 初始半径确定和二叉树遍历寻优40-42
• 3.3 球形译码搜索步数和仿真42-53
• 3.3.1 仿真系统和参数42-43
• 3.3.2 10kHz情况下基于球形译码的多步模型预测控制与PI控制仿真比较43-45
• 3.3.3 2kHz情况下基于球形译码的多步模型预测控制策略仿真45-49
• 3.3.4 球形译码搜索步数49-50
• 3.3.5 N=3和N=4两种情况下球形译码和穷举搜索的稳态仿真波形对比50-53
• 3.4 本章总结53-54
• 第四章 结论与展望54-55
• 参考文献55-58
• 在学期间的研究成果58-59
• 致谢59

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