小型光伏发电逆变器控制方法研究

【摘要】：随着全世界的人口不断增长,经济水平不断提高,煤、石油和天然气等能源的消耗越来越多,能源危机已经成为了全球性的问题。与此同时,伴随着化石能源的消耗会对生态环境造成严重的污染,而这一问题不仅对我们自己而且还会对子孙后代的健康造成很大的影响,还会制约社会的发展,所以新能源的开发和利用受到越来越多的重视。作为可再生能源的太阳能,它是一种洁净的能源,它资源丰富,取之不尽,用之不竭,而且不会污染环境,所以太阳能取代化石能源是保护生态环境、走可持续发展的必经道路。因而对光伏发电技术的研究就具有更重要的意义了。 光伏发电逆变器是光伏发电系统的核心控制部分,本课题就是基于小型的独立光伏发电系统对逆变器的控制方法进行的研究。首先介绍了光伏发电系统的分类和各部分组成,分析了独立光伏发电系统的能量转换过程,及各部分结构的功能,详细研究了逆变器的电路结构和工作原理。并且选择了单项全桥逆变电路作为逆变器的主电路设计方案。 通过对光伏电池的非线性特性进行的研究,建立了数学模型,通过分析和比较最大功率点跟踪的各种方法,提出了一种新型的MPPT控制方法,实现本文光伏阵列的最大功率点跟踪；然后对蓄电池的充放电特性进行了分析,设计了充放电控制装置,选择了双闭环控制方法对蓄电池的充放电进行控制。针对本课题的技术指标,对光伏逆变器的逆变部分进行了电路分析,采用了无差拍控制算法进行控制。 最后将MPPT控制装置、充放电控制装置、逆变环节结合到一个整体进行总体的控制和分析,分析各个部分之间的耦合关系,提出了一种逻辑控制方法,将几部分完整的结合到一起,实现了小型光伏发电逆变器的最终控制。 针对设计方案进行硬件设计,主要包括驱动电路、保护电路、检测电路、液晶显示电路和控制电路等,并对控制算法进行软件设计。最后根据技术指标选择参数,并根据实验室平台进行仿真与实验,结果验证了小型光伏发电逆变器控制算法理论的正确性和可行性。 【关键词】：光伏发电 MPPT 逆变器 无差拍控制
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 课题研究的背景及意义8-9
• 1.2 国内外光伏发电研究现状及发展趋势9-12
• 1.2.1 国外光伏发电发展现状9-10
• 1.2.2 国内光伏发电发展现状10-11
• 1.2.3 光伏发电技术发展趋势11-12
• 1.3 光伏发电系统的介绍12-14
• 1.3.1 光伏发电系统的分类12-13
• 1.3.2 光伏发电系统各部分组成13-14
• 1.4 课题研究目的和主要内容14-15
• 第二章 光伏发电逆变器设计方案及其工作原理15-25
• 2.1 光伏发电系统能量变换结构15
• 2.2 光伏逆变器的方案确定15-19
• 2.2.1 光伏逆变器主电路的结构15-17
• 2.2.2 MPPT控制器17-18
• 2.2.3 充放电控制装置18
• 2.2.4 DC-AC变换器18-19
• 2.3 光伏逆变器各部分工作原理19-23
• 2.3.1 Boost变换电路的工作过程19-21
• 2.3.2 单相全桥逆变电路的工作原理21-23
• 2.4 光伏发电逆变器的整体设计结构23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 光伏阵列的最大功率点跟踪及蓄电池的充放电控制25-40
• 3.1 光伏阵列的技术特性25-27
• 3.1.1 光伏阵列的等效电路及数学模型25-26
• 3.1.2 光伏阵列的I-U特性26-27
• 3.2 常用的最大功率点跟踪控制方法27-28
• 3.3 改进的最大功率点跟踪方法28-31
• 3.4 蓄电池的技术特性及其工作原理31-35
• 3.4.1 蓄电池的种类和基本特性参数31-33
• 3.4.2 铅酸蓄电池的充放电特性33-35
• 3.5 蓄电池的充放电控制策略35-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第四章 光伏发电系统逆变器的控制方法研究40-50
• 4.1 DC-AC逆变环节的控制方法40-41
• 4.1.1 滞环比较控制方法40-41
• 4.1.2 三角波比较控制方法41
• 4.1.3 无差拍控制方法41
• 4.2 基于无差拍的双闭环控制算法的逆变控制41-46
• 4.2.1 逆变环节状态方程42-43
• 4.2.2 逆变器的双闭环控制43-44
• 4.2.3 给定电流的计算44-45
• 4.2.4 逆变桥开关管占空比的计算45-46
• 4.3 光伏逆变器的整体控制过程分析46-49
• 4.3.1 光伏发电逆变器整体控制框图46-47
• 4.3.2 系统控制过程分析47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 光伏发电逆变器的硬件设计50-61
• 5.1 光伏发电逆变器的硬件组成50-51
• 5.2 控制电路设计51-54
• 5.2.1 DSP芯片的介绍51
• 5.2.2 键盘显示电路51-52
• 5.2.3 电源电路52-54
• 5.3 驱动电路设计54-55
• 5.3.1 MPPT和充放电装置驱动电路54
• 5.3.2 逆变装置的驱动电路54-55
• 5.4 检测电路设计55-59
• 5.4.1 光伏阵列输出电流、电压检测电路55-57
• 5.4.2 蓄电池的电压、电流检测电路57-58
• 5.4.3 输出交流电压、电流检测电路58-59
• 5.4.4 保护59
• 5.5 本章小结59-61
• 第六章 光伏发电逆变器的仿真与实验61-69
• 6.1 小型独立光伏发电系统构成61
• 6.2 逆变器控制方法的软件实现61-64
• 6.2.1 A/D采样子程序61-62
• 6.2.2 充电子程序62-63
• 6.2.3 逆变控制子程序63-64
• 6.3 仿真及实验结果64-68
• 6.3.1 仿真结果64-67
• 6.3.2 实验结果67-68
• 6.4 本章小结68-69
• 结论69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 作者简介74
• 攻读硕士学位期间研究成果74-75

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