配电网中光伏并网逆变系统的控制策略研究及实现

【摘要】：随着全球经济的飞速发展，能源资源逐渐被消耗殆尽，而随之产生的环境污染也日益严重，能源短缺和环境污染已成为二十一世纪人类急需解决的重大问题之一。新能源和可再生能源的开发与利用已成为当今世界研究的热点，而太阳能以其清洁、高效及资源丰富、分布广泛等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的产业，是最具发展潜力的新能源之一。本文以带有无功补偿和谐波抑制功能的光伏并网逆变系统为研究对象，对太阳能电池的输出特性及数学模型、最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT）方法、并网发电与有源滤波综合控制策略等问题进行了深入研究。并在此基础上研制了一台基于DSP的单相光伏并网发电装置。 首先，建立太阳能电池数学模型，分析其输出特性。太阳能电池的功率输出为非线性函数，受外界环境的影响较大，为获得最大功率输出，需对它进行最大功率点跟踪（MPPT）控制。在分析目前常用的MPPT控制方法后，提出了一种固定电压法（Constant Voltage Tracking，简称CVT）与准滑模变结构相结合的控制方法，首先采用固定电压法使其达到控制目标后，再采用准滑模方法进行控制。这种方法的优点在于，当外界环境发生突变时，MPPT控制由固定电压法来实现，准滑模控制主要对最大功率点附近的状态进行优化，通过对滑动模态区域的设置改变，缩小控制步长，有效的减小系统在最大功率点的振荡。 其次，随着大量非线性负载的使用，具有无功补偿和谐波抑制功能的光伏并网逆变系统对提高电网负载能力、改善电能质量具有非常重要意义。在研究了诸多谐波检测方法的基础上，提出了一种改进的谐波检测方法，其具有计算量小、精度高、动态性能好的特点，并结合新型复合并网控制方法实现对并网发电与有源滤波的统一控制。新型复合并网控制方法利用重复控制来无静差的跟踪参考指令信号，消除周期性扰动，提高稳态输出精度；同时采用自适应滞环控制来提高系统的动态性能。大大改善了电网的电能质量，提高了并网逆变器的效率。 最后，本文详细分析了该光伏并网逆变系统的主电路、控制电路及数字信号处理器等部分，并对主电路的关键参数的选择及滤波电路进行设计，针对各项主要技术参数，提出系统的总体设计方案。设计了一台基于DSP芯片TMS320F2812的单相光伏并网发电装置，对控制策略进行了试验验证。 【关键词】：并网逆变系统 最大功率点跟踪 谐波检测 新型复合控制 硬件设计
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 光伏发电的背景与意义10-14
• 1.1.1 当今能源形势10-13
• 1.1.2 太阳能资源分布13-14
• 1.2 光伏发电现状及前景14-18
• 1.2.1 国外光伏发电现状及前景14-16
• 1.2.2 国内光伏发电现状及前景16-18
• 1.3 本文所做的工作18-19
• 第二章 光伏阵列最大功率点跟踪方法研究19-27
• 2.1 太阳能电池等效数学模型及输出特性19-20
• 2.1.1 太阳能电池等效数学模型19-20
• 2.1.2 太阳能电池输出特性20
• 2.2 经典 MPPT 控制方法介绍20-22
• 2.3 改进的 MPPT 控制方法的研究22-26
• 2.3.1 Cuk 变换电路数学模型22-24
• 2.3.2 改进准滑模控制器设计24-25
• 2.3.3 系统仿真分析25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 光伏并网逆变系统控制策略研究27-35
• 3.1 谐波检测方法的研究现状27-29
• 3.2 并网发电与有源滤波复合控制策略29-33
• 3.2.1 改进的谐波电流检测及并网指令电流合成算法29-30
• 3.2.2 新型复合控制30-33
• 3.3 系统仿真分析33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 基于 DSP 的光伏并网逆变系统的设计与实现35-48
• 4.1 DSP TMS320F2812 概述及应用35-38
• 4.1.1 事件管理器（EV）37-38
• 4.1.2 ADC 模块38
• 4.2 主电路设计38-42
• 4.2.1 DC-DC 电路参数选择39-40
• 4.2.2 DC-AC 参数选择40-42
• 4.3 控制系统设计42-46
• 4.3.1 驱动电路42-43
• 4.3.2 隔离电路43-44
• 4.3.3 采样电路44-46
• 4.4 硬件系统优化设计46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第五章 试验结果与分析48-53
• 5.1 采样电路板波形48-49
• 5.1.1 直流侧电压波形48
• 5.1.2 电网电压波形48-49
• 5.1.3 并网电流波形49
• 5.2 只输出有功功率时的并网波形49-50
• 5.3 实现谐波抑制功能时的波形50-51
• 5.4 同时实现有功与谐波抑制功能的波形51-53
• 第六章 总结53-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-60
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表论文60-61
• 附录 B 攻读硕士学位期间参与研究项目61-62
• 附录 C 攻读硕士学位期间已申请专利62

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