光伏逆变器控制技术的仿真研究

【摘要】：随着人口的急剧增长、社会经济的发展,全球对能源的需求也逐渐增大,而传统能源的总量是有限的,因此开发新能源就显得非常重要。太阳能具有资源丰富、清洁等优点,是理想的可替代能源。光伏逆变器是太阳能转换成电能的重要部分。 通过对光伏逆变器的分析,构建其数学模型,依据该模型对光伏逆变器的三种控制策略进行详细的分析,同时对光伏电池的最大功率点跟踪(MPPT)功能进行分析。本论文围绕这两个部分展开了研究,主要做了以下工作： 首先,以光伏逆变器的理论为基础,详细分析光伏逆变器的三种控制策略。第一种是在电网电压理想情况下的dq双闭环控制技术,该方法可以实现母线电压稳定、功率因数可调等功能。然而在电网电压跌落情况下,会有负序分量的产生。正负序分量在电感上的相互耦合导致母线电压产生波动,传统的dq控制技术已经不能够达到很好的控制效果,因此本文介绍了第二种方法即正负序分离的dq控制方法。仿真结果验证了正负序分离的双闭环控制算法既适用于低电压跌落情况,又适用于电网电压平衡情况。第二种方法虽然在一定程度上抑制了母线电压的波动,但是不能从根本上消除这种波动。因为电网电压不平衡时负序分量是客观存在的,如果要消除该波动,就需要将控制环内部的电感除外,因此本文介绍了第三种控制方法,即电网电压不平衡情况下的改进控制技术。这种控制策略同样可以实现母线电压稳定和功率调度等功能,最后对光伏逆变器的第三种控制模型进行详细的设计。仿真结果表明第三种控制策略可以实现功率调度和母线电压稳定等功能,而且母线电压的稳定性比第二种控制策略更好。 其次,论文对太阳能电池板的数学理论进行介绍,详细分析了几种传统的MPPT方法的优缺点,对它们各自的缺点提出相应的改进措施。最后通过增加一个采样点来对扰动观察法进行改进,具体是利用光伏电池板功率-电压曲线上的三个采样点电压及功率的相互比较决定下一次的扰动方向。最后在matlab中对改进的MPPT算法进行详细的设计,仿真结果验证了该算法可以更好的实现最大功率跟踪的功能,与传统的扰动观察法相比提高了系统的稳定性。 【关键词】：光伏逆变器 最大功率点跟踪 PWM整流器
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 研究背景11
• 1.2 国内外关于太阳能发电的发展情况11-13
• 1.2.1 国外太阳能发电的现状11-12
• 1.2.2 国内太阳能发电的现状12-13
• 1.3 论文结构编排13-15
• 第2章 光伏逆变器的理论基础15-22
• 2.1 光伏逆变器系统方案15-18
• 2.1.1 FPGA特点16-17
• 2.1.2 主控板的功能17-18
• 2.2 光伏逆变器的数学理论18-20
• 2.2.1 光伏逆变器的数学基础与控制策略18-20
• 2.2.2 光伏逆变器功率20
• 2.3 本章小结20-22
• 第3章 光伏逆变器控制方案的设计22-47
• 3.1 间接电流控制策略22-24
• 3.2 电网电压平衡时的控制策略24-28
• 3.2.1 传统的dq双闭环控制策略24-26
• 3.2.2 传统的dq双闭环控制策略的局限性26-28
• 3.3 电网电压不平衡时的控制技术28-33
• 3.3.1 电网故障类型28-29
• 3.3.2 负序分离的双闭环控制策略29-32
• 3.3.3 正负序分离的方法32-33
• 3.4 电网电压不对称故障时的改进控制策略33-35
• 3.5 电网电压不平衡状态下改进的控制策略设计35-45
• 3.5.1 坐标变换模块的设计与验证36-38
• 3.5.2 电流内环模块的设计38-40
• 3.5.3 负序分离模块的设计40-41
• 3.5.4 正负序电流给定的设计41-44
• 3.5.5 顶层模块的设计44-45
• 3.6 本章小结45-47
• 第4章 电池侧的MPPT算法设计47-59
• 4.1 光伏电池的数学模型47-49
• 4.2 实现MPPT的方法49-57
• 4.2.1 恒定电压法49-50
• 4.2.2 扰动观察法50-51
• 4.2.3 变步长的扰动观察法51
• 4.2.4 电导增量法51-52
• 4.2.5 改进的扰动观察法的设计52-56
• 4.2.6 电压外环模块的设计56-57
• 4.3 本章小结57-59
• 第5章 控制策略与改进MPPT算法的仿真与验证59-68
• 5.1 数据采集59-62
• 5.2 电网电压平衡状态下的控制技术验证62-63
• 5.3 电网电压不平衡状态下的控制技术验证63-66
• 5.3.1 正负序分离的双闭环控制技术仿真64-65
• 5.3.2 改进的控制技术仿真65-66
• 5.4 MPPT算法仿真66-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第6章 光伏逆变器的功能验证68-75
• 6.1 算法的功能验证68-69
• 6.1.1 功率调度功能的仿真验证68
• 6.1.2 母线电压的仿真验证68-69
• 6.2 算法的硬件验证69-74
• 6.2.1 控制策略仿真70-72
• 6.2.2 MPPT算法的硬件仿真72-74
• 6.3 本章小结74-75
• 工作总结与展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文80

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