单相光伏逆变电源控制方法的研究

【摘要】：随着人类社会的发展,对能源的需求越来越多,传统不可再生能源却在日益减少,根据21世纪初世界石化能源储存报告,世界能源已进入危机状态。中国的能源状况更是不容乐观,寻求新的替代能源俨然已成为各国争相研究的热点。太阳能储量丰富、分布广泛,是人类理想的新型清洁能源。当今制约太阳能发展最大的障碍是发电成本太高,其中主要是由光伏电池板价格昂贵,光伏逆变效率低造成的,因此提高光伏逆变电源逆变效率,是降低光伏发电成本的方法之一,本文针对这一问题对单相光伏逆变电源控制方法进行了研究。 本文首先介绍了单相光伏逆变电源的结构,选择了两级逆变结构作为单相光伏逆变电源的主电路结构,在对主电路的直流变换环节和交流逆变环节分别分析比较后,DC/DC部分采用了BOOST升压电路,DC/AC部分则采用单相全桥逆变结构,并根据此逆变结构建立了单相光伏逆变电源的数学模型。 接着介绍了单相光伏逆变电源中常用的PID双闭环控制、模糊控制、模糊自整定PI双闭环控制,但是此三种控制方法在接感性负载时,控制系统存在稳态性和鲁棒性不佳的缺点；重复控制具有较高的控制精度,可以完美的跟踪控制信号,在原理上其输出误差可以达到0,但是其输出有一个周期的延迟,动态响应不佳；针对以上两个问题,文章提出了一种将模糊自整定PI双闭环控制和重复控制相结合的复合控制方法,模糊自整定PI双闭环控制用来提高系统的动态性能,而重复控制则用来改善系统的稳态性能,并对复合控制器进行了设计。基于本文建立的单相光伏逆变电源数学模型,利用MATLAB建立了单相光伏逆变电源控制系统的仿真模型,并分别对PID双闭环控制,模糊自整定PI双闭环控制,重复控制和复合控制进行了仿真,仿真结果证明,复合控制的稳态和动态性能最为优越,其抗干扰能强,控制精度高,输出电压误差最大仅为3.4V,THD最大为1.06%,达到了预期要求。 最后采用TI公司的DSPLF2407A作为主控芯片,对单相光伏逆变电源系统进行了软硬件设计,并基于设计的硬件电路对复合控制算法进行了验证,实验证明复合控制在实际中完全可行。 【关键词】：光伏逆变电源 控制算法 复合控制 仿真 实验
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 课题的来源7
• 1.2 课题研究的背景和意义7-8
• 1.3 课题在国内外的研究现状8-10
• 1.3.1 光伏发电技术在国内外的研究现状8-9
• 1.3.2 逆变技术在国内外的研究现状9-10
• 1.4 本课题的研究内容10-11
• 第二章 单相光伏逆变电源主电路分析和设计11-21
• 2.1 光伏发电系统的分类和组成11-13
• 2.1.1 光伏发电系统的分类11-12
• 2.1.2 光伏发电系统的组成12-13
• 2.2 独立光伏逆变电源分析13-15
• 2.2.1 独立光伏发电系统对逆变电源的要求13-14
• 2.2.2 逆变电源主电路结构分类14-15
• 2.3 单相逆变电源主电路设计15-19
• 2.3.1 DC/DC变换电路15-18
• 2.3.2 DC/AC变换电路18-19
• 2.4 单相光伏逆变电源数学模型19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第三章 基于重复控制的单相光伏逆变电源复合控制策略21-41
• 3.1 常用单相光伏逆变电源控制方法介绍和比较21-25
• 3.1.1 PID双闭环控制21-23
• 3.1.2 模糊控制23-24
• 3.1.3 模糊自整定PI双闭环控制24-25
• 3.2 重复控制策略25-30
• 3.2.1 重复控制的基本思想25-26
• 3.2.2 重复控制的结构26-28
• 3.2.3 重复控制稳定性分析28-30
• 3.2.4 重复控制的收敛性分析30
• 3.3 基于重复控制的复合控制系统设计30-31
• 3.4 复合控制器设计及其参数整定31-40
• 3.4.1 重复控制器参数整定32-35
• 3.4.2 模糊自整定PI双闭环控制器设计35-40
• 3.5 小结40-41
• 第四章 单相光伏逆变电源软硬件设计41-54
• 4.1 硬件电路设计41-49
• 4.1.1 主控芯片TMS320F2407简介42
• 4.1.2 DSP外围电路设计42-44
• 4.1.3 键盘显示电路44-45
• 4.1.4 检测电路45-47
• 4.1.5 保护电路和驱动电路47-48
• 4.1.6 滤波电路和电源电路设计48-49
• 4.2 软件设计49-53
• 4.2.1 软件开发工具介绍49-50
• 4.2.2 控制系统软件设计50-52
• 4.2.3 A/D采样子程序52
• 4.2.4 基于重复控制的复合控制算法的软件设计52-53
• 4.3 小结53-54
• 第五章 系统仿真与实验结果54-64
• 5.1 仿真模型54-58
• 5.2 仿真结果58-62
• 5.3 实验结果62-63
• 5.4 小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 工作总结64
• 6.2 展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 作者简介70
• 攻读硕士学位期间研究成果70-71

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