光伏发电系统的最大功率跟踪和并网控制策略研究

【摘要】：大量化石能源的开发利用，不仅对生态环境有所破坏，且化石能源的总蕴含量不断减小，使当今社会面临着能源危机和环境问题的双重压力，对新能源的研究利用，成为世界各地应对能源危机及环境问题的重要途径。在众多新能源中，太阳能具有无污染、可再生等优点，成为人们研究的重点之一。光伏最大功率跟踪和并网逆变器控制策略作为太阳能利用的关键问题，仍然存在着一些问题，针对相关问题论文的主要工作如下： 首先，针对具有众多优点而被广泛用在光伏发电系统中的扰动观察法，分析该方法由于扰动步长而存在的振荡和外界环境突变时该方法可能存在误判等不足，提出一种基于面积差变步长的光伏电池最大功率跟踪方法，该方法根据面积差的不同能够实现自适应调节扰动步长，从而能够弥补扰动观察法由于扰动步长的原因而存在的振荡和环境突变时可能误判的问题。根据所建立的模型对扰动观察法和面积差变步长法进行仿真研究。仿真表明提出的改进方法在跟踪到最大功率点附近几乎不存在振荡，当外界环境巨变时，仍能准确、迅速的完成最大功率跟踪，弥补了扰动观察法的不足。 其次，建立三相光伏逆变器的数学模型，分析具有良好的动态和稳态性能而被广泛应用在光伏并网系统中的双闭环PI控制策略，针对双闭环PI控制的电流内环存在稳态误差、系统容易受到电网干扰等缺陷，论文采用了PR控制，利用PR控制器在电网基波频率处幅值增益无穷大，来消除内环指令电流与反馈电流之间的稳态误差，同时增加系统抗外界干扰的能力；为进一步提高抗电网频率偏移能力，采用其改进型准PR控制，理论分析了准PR控制器相比PI控制器在稳态误差及抗电网干扰上的优越性，设计准PR控制器谐波补偿环节；然后建立整个并网仿真系统模型，对比在PI控制与准PR控制下系统的仿真结果来验证准PR控制的优越性。 最后，在理论分析和仿真的基础上，在以TMS320F28035为主控芯片，功率为3KW的光伏发电系统实验平台上，设计软件流程图，调试程序，分析实验波形，结果表明论文设计方法的正确性及有效性。 【关键词】：光伏电池 自适应变步长 最大功率跟踪 并网策略 准比例谐振控制
【学位授予单位】：上海电机学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景及意义10-12
• 1.2 国内外光伏并网发电的现状12-14
• 1.2.1 国外光伏并网发电发展现状12-13
• 1.2.2 国内光伏并网发电发展现状13-14
• 1.3 光伏最大功率跟踪和并网控制存在的问题及并网标准14-17
• 1.3.1 光伏最大功率跟踪存在的问题15
• 1.3.2 光伏并网控制策略存在的问题15-16
• 1.3.3 光伏发电并网标准16-17
• 1.4 论文主要研究内容17-18
• 第二章 光伏最大功率跟踪研究18-35
• 2.1 引言18
• 2.2 光伏电池的建模研究18-23
• 2.2.1 光伏电池发电原理18-19
• 2.2.2 光伏电池的数学模型19-21
• 2.2.3 光伏电池模型仿真研究21-22
• 2.2.4 仿真结果分析22-23
• 2.3 光伏电池最大功率研究23-26
• 2.3.1 光伏 MPPT 原理23-24
• 2.3.2 DC/DC 变换器的设计24-26
• 2.4 扰动观察法26-29
• 2.4.1 扰动观察法原理26-27
• 2.4.2 扰动观察法的振荡与误判问题27-29
• 2.5 面积差变步长光伏 MPPT 方法29-34
• 2.5.1 面积差变步长光伏 MPPT 原理29-32
• 2.5.2 面积差变步长光伏 MPPT 仿真模型32
• 2.5.3 面积差变步长光伏 MPPT 仿真分析32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 三相光伏发电系统并网控制策略35-63
• 3.1 引言35
• 3.2 三相光伏并网逆变器分类35-36
• 3.2.1 按逆变器结构级数分类35-36
• 3.2.2 按逆变器控制方式分类36
• 3.3 三相光伏逆变器数学模型36-39
• 3.3.1 电路拓扑结构36-37
• 3.3.2 三相光伏逆变器在三相静止坐标系下的数学模型37-38
• 3.3.3 三相光伏逆变器在两相静止αβ坐标系下的数学模型38
• 3.3.4 三相光伏逆变器在两相旋转 dq 坐标系下的数学模型38-39
• 3.4 光伏并网控制策略原理39-54
• 3.4.1 光伏并网控制策略基本原理39-40
• 3.4.2 基于电网电压定向的双环矢量控制40-44
• 3.4.3 电流内环 PI 控制分析44-45
• 3.4.4 电流内环 PR 和准 PR 控制分析45-48
• 3.4.5 准 PR 与 PI 性能比较48-50
• 3.4.6 准 PR 控制器参数设计50-53
• 3.4.7 准 PR 控制器谐波补偿器设计53-54
• 3.5 基于电网电压定向的双闭环准 PR 控制仿真分析54-62
• 3.5.1 仿真模型各模块分析54-61
• 3.5.2 并网电流分析61-62
• 3.6 本章小结62-63
• 第四章 光伏发电系统软硬件设计与实验63-78
• 4.1 引言63
• 4.2 光伏系统整体结构和并网性能指标63-64
• 4.3 并网系统硬件设计64-73
• 4.3.1 前级 DC/DC 升压电路参数设计64-65
• 4.3.2 后级 DC/AC 逆变电路参数设计65-68
• 4.3.3 驱动电路68-69
• 4.3.4 采样电路69-71
• 4.3.5 电源电路71-72
• 4.3.6 控制电路72-73
• 4.4 光伏并网软件设计73-75
• 4.5 实验结果及分析75-77
• 4.5.1 PWM 波形76
• 4.5.2 锁相电路实验结果76-77
• 4.5.3 并网电压电流波形77
• 4.6 本章小结77-78
• 第五章 总结与展望78-80
• 5.1 总结78-79
• 5.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果85

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