光伏发电之MPPT与并网逆变器关键技术

【摘要】：最大功率点跟踪（MPPT）技术、逆变并网技术作为新能源领域的两个关键技术，得到了广大新能源技术研究工作者的持续关注。本文分别研究了MPPT技术和逆变并网技术，且从控制的角度研究了并网逆变器的多项性能特征。 由于环境温度和光照强度的不确定性，导致光伏电池最大功率点会随着温度和光强的变化而呈现非线性变化。为解决这一实际问题，光伏MPPT控制技术应运而生。虽然目前不少MPPT算法取得了较好的效果，但在实际应用中仍有不少问题，特别是在最大功率点附近震荡的问题。本文在结合传统优秀算法的基础上，提出了一种新MPPT算法，解决了最大功率点附近震荡的问题。由于光伏电池功率较小，且传统MOSFET驱动电路功耗较大，直接制约了通过硬件实现新算法的验证。为此，本文提出了一种高效率MOSFET驱动电路，并已申请相关专利。 由于逆变并网系统的稳定与否会对电网造成很大的影响，所以本文认为逆变并网系统最重要的性能特征是系统的鲁棒性。为保证系统的这一最重要特征，本文选择经典的PID控制算法作为研究对象，但与以往大多数论文通过不断调试的方式来设计PID控制参数的方法不同，本文引入控制理论中二阶系统的根频率这一参数。本文对设计的L型连续、离散、LCL型连续、离散并网逆变系统的稳定性、动态特性和静态特性做了详细的推导和分析，并在此基础之上为PID控制器选择了合适的控制参数。本文在建立逆变器模型的基础上，基于单极倍频SPWM调制策略，推导并分析了如何选择L型和LCL型滤波中主要元器件参数的相关公式。在完整地分析了系统性能并合理选择了控制参数的基础上，本文分别利用Simulink和SimPowerSystems模块搭建控制器和功率主电路模型，仿真了L型和LCL型逆变并网系统的各种本文分析过的几种情况下的系统性能。由于Real-TimeWorshop要求Simulink的解算器必须为固定步长，且受制于采样频率的限制，导致传统SPWM调制策略失效，因此本文利用Quanser系统的硬件的部分功能，设计了一种功能类似单极倍频SPWM调制的SPWM调制策略。最后，利用Quanser系统与Simulink无缝对接这一特性，搭建了并网发电。 【关键词】：MPPT MOSFET驱动电路 并网逆变 L型滤波器 LCL型滤波器 根频率 离散系统 滞后
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-9
• 图表清单9-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 课题研究背景14-15
• 1.2 国内外技术现状与发展趋势分析15-16
• 1.2.1 国外研究现状15
• 1.2.2 国内研究现状15-16
• 1.2.3 并网逆变器发展趋势16
• 1.3 光伏发电系统的关键部件16-17
• 1.4 本课题研究的意义17
• 1.5 本文所做的工作17-19
• 第一部分： MPPT 技术19-29
• 第二章 一种新光伏 MP PT 算法及硬件实现19-29
• 2.1 MPPT 算法思想19-22
• 2.1.1 MPPT 算法的基本原理19-20
• 2.1.2 传统 MPPT 算法20
• 2.1.3 新 MPPT 算法－过山车法20-22
• 2.2 基于 IR 2110 构建单管高边 NMOSFET 驱动电路22-26
• 2.3 新 MPPT 算法硬件实现26
• 2.4 实验结果26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第二部分：并网逆变技术29-105
• 第三章 连续域并网逆变器的控制策略29-49
• 3.1 单相并网逆变器的数学模型分析29-34
• 3.1.1 逆变桥的数值分析29-30
• 3.1.2 L 型单相并网逆变器的建模30-32
• 3.1.3 LCL 型单相并网逆变器的建模32-34
• 3.2 控制策略的研究34-48
• 3.2.1 PI 控制策略的研究34-45
• 3.2.2 谐振控制策略的研究45-46
• 3.2.3 前馈控制策略的研究46-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第四章 离散域并网逆变器的研究49-58
• 4.1 离散域 L 型并网逆变器稳定性分析49-54
• 4.1.1 L 型纯离散域稳定性分析49-51
• 4.1.2 L 型控制延时 1 个 TSTEP 的离散域稳定性分析51-54
• 4.2 离散域 LCL 型并网逆变器稳定性分析54-57
• 4.3 实际并网逆变器控制参数的选择57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 逆变器主电路58-73
• 5.1 功率开关管选型介绍58-59
• 5.2 I GBT 驱动电路59-61
• 5.2.1 驱动电路的选型59
• 5.2.2 驱动电路外围电路元器件参数的选择59-61
• 5.3 交流滤波器的设计61-72
• 5.3.1 L 型滤波器的设计61-67
• 5.3.2 LCL 型滤波器的设计67-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 系统软件仿真与验证73-93
• 6.1 仿真主电路的搭建73-75
• 6.2 仿真控制器的搭建75-80
• 6.2.1 电网电压周期检测子系统模块76-77
• 6.2.2 并网电流与电网电压相位差检测子系统模块77-78
• 6.2.3 锁频锁相子系统模块78-79
• 6.2.4 控制子系统模块79-80
• 6.3 L 型并网逆变系统的仿真80-86
• 6.3.1 L 型连续并网逆变系统的仿真80-83
• 6.3.2 L 型离散并网逆变系统的仿真83-86
• 6.4 L CL 型并网逆变系统的仿真86-92
• 6.4.1 PI 控制 LCL 型连续系统仿真86-89
• 6.4.2 PI 控制 LCL 型离散系统仿真89-92
• 6.5 本章小结92-93
• 第七章 实验系统及实验结果与分析93-103
• 7.1 实验系统93-100
• 7.1.1 一种类单极倍频 SP WM 调制策略93-98
• 7.1.2 电流电压检测电路设计98-100
• 7.2 类单极倍频 S P WM 调制策略测试100-102
• 7.3 实验结果分析与研究102
• 7.4 本章小结102-103
• 第八章 总结与展望103-105
• 8.1 本文的总结103-104
• 8.2 后续工作的展望104-105
• 参考文献105-108
• 致谢108-109
• 硕士期间的研究成果及发表的学术论文109-110
• 附录1110-111
• 附录2111

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