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太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制策略研究

來源:論文學(xué)術(shù)網(wǎng)
時(shí)間:2024-08-19 01:02:35
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太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制策略研究【摘要】:世界能源危機(jī)和環(huán)境問題使得開發(fā)利用可再生能源和各種綠色能源以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為人類必須采取的措施。而隨著太陽能電池和電力電子

【摘要】: 世界能源危機(jī)和環(huán)境問題使得開發(fā)利用可再生能源和各種綠色能源以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為人類必須采取的措施。而隨著太陽能電池和電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,太陽能光伏發(fā)電得到了長足的發(fā)展并已成為新能源利用的主流之一。當(dāng)前,光伏發(fā)電不斷向低成本、高效率和高功率密度方向發(fā)展,太陽能光伏利用的主要形式將是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。高性能的數(shù)字信號(hào)處理器芯片DSP的出現(xiàn),使得一些先進(jìn)的控制策略應(yīng)用于光伏并網(wǎng)的控制成為可能。 本論文研究太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),從成本、可靠性和效率的角度出發(fā),主要對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制算法進(jìn)行了深入地探究。 論文首先確定了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)和所需設(shè)計(jì)的逆變器規(guī)格,然后對(duì)現(xiàn)階段最具代表性的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析對(duì)比,通過歸納總結(jié),提出了一種雙全橋光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上對(duì)逆變器每一細(xì)節(jié)進(jìn)行了深入研究:提出了基于虛擬電阻法的輸出濾波器性能優(yōu)化,得到低成本、高可靠性和高效率的逆變器結(jié)構(gòu)。 論文研究了光伏陣列模塊,根據(jù)入射太陽光光照強(qiáng)度與所產(chǎn)生電流之間的關(guān)系,對(duì)光伏陣列模塊的相關(guān)特性,如部分遮擋、光伏模塊終端的電壓/電流紋波,進(jìn)行了理論研究,通過仿真軟件對(duì)光伏陣列模塊的各種特性進(jìn)行了仿真模擬。根據(jù)光伏陣列模塊的數(shù)學(xué)模型,本文提出了一種新的最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT(Maximum Power Point Tracking)算法——基于開關(guān)面零均值動(dòng)態(tài)準(zhǔn)滑模MPPT控制算法,以滑模面周期積分為零代替滑模面為零,解決了滑模控制開關(guān)頻率不固定,滑模MPPT控制會(huì)在最大功率點(diǎn)附近抖動(dòng)的問題;結(jié)合局部掃描法,使得MPPT控制簡單易行,響應(yīng)迅速,魯棒性較強(qiáng),開關(guān)頻率固定,適用于部分遮擋和光照強(qiáng)度變化劇烈的場合,使得光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠盡可能大地從光伏陣列模塊中獲得太陽能能量,通過仿真和實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證了所提方法的具有高精度和高效性。 為了使直流端電壓盡可能的小,論文對(duì)直流端電壓參考值的選取進(jìn)行了研究,提供了直流端電壓的計(jì)算方法,減小了MOSFET管的開關(guān)損耗,保護(hù)了直流端的電解電容。在此基礎(chǔ)上,提出了基于單周期離散比例積分PI(Proportion Integral)的直流端電壓控制,使得交流跟蹤電流參考值基于光伏模塊產(chǎn)生的電流值,這樣可以方便地調(diào)節(jié)光伏模塊的工作點(diǎn)。 論文提出了基于Walsh的特定消諧脈寬調(diào)制的電網(wǎng)電流控制器,減小了光伏并網(wǎng)逆變器的開關(guān)次數(shù)和系統(tǒng)損耗,并可控制輸出電網(wǎng)電流諧波。為了減小注入電網(wǎng)的電流諧波,論文還簡要地對(duì)死區(qū)時(shí)間效應(yīng)進(jìn)行了比較分析,研究了不同的死區(qū)時(shí)間對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響,為死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償提供了理論依據(jù)。從用電安全與電能質(zhì)量考慮,研究了快速安全的孤島效應(yīng)檢測控制方法,分析了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)直接并網(wǎng)時(shí)的安全保護(hù)問題,保證了整個(gè)系統(tǒng)的高效安全運(yùn)行。 在理論研究的基礎(chǔ)上,本論文研制出光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī),同時(shí)比較了實(shí)際實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)之間的差別。對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的整個(gè)系統(tǒng)性能,包括電網(wǎng)與逆變器接口性能以及光伏模塊與逆變器接口性能進(jìn)行了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制算法的正確性、可行性和高效性。 最后對(duì)論文進(jìn)行了總結(jié),并提出了一些有待于進(jìn)一步研究的問題。 【關(guān)鍵詞】:太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電 最大功率點(diǎn)跟蹤 單周期離散比例積分控制器 滑模面零動(dòng)態(tài)均值準(zhǔn)滑??刂?/strong> Walsh變換 特定消諧脈寬調(diào)制 孤島效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】:中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2007
【分類號(hào)】:TM914.4
【目錄】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-11
  • 第一章 緒論11-25
  • 1.1 太陽能光伏發(fā)電的背景及意義11-12
  • 1.2 太陽能光伏發(fā)電的歷史和研究現(xiàn)狀12-15
  • 1.2.1 光伏發(fā)電歷史12
  • 1.2.2 國外光伏發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀12-14
  • 1.2.3 我國太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀14-15
  • 1.3 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展15-22
  • 1.3.1 太陽能光伏并網(wǎng)逆變器的發(fā)展16-20
  • 1.3.2 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制策略的發(fā)展20-22
  • 1.4 論文的課題背景和主要研究內(nèi)容22-25
  • 第二章 光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)的比較與優(yōu)化設(shè)計(jì)25-52
  • 2.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器的要求25-28
  • 2.1.1 電網(wǎng)對(duì)逆變器的要求26
  • 2.1.2 光伏陣列模塊對(duì)逆變器的要求26-27
  • 2.1.3 用戶對(duì)逆變器的要求27
  • 2.1.4 光伏逆變器的主要性能指標(biāo)27-28
  • 2.2 各種光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)的比較28-41
  • 2.2.1 高頻鏈逆變器結(jié)構(gòu)29-34
  • 2.2.2 直流鏈逆變器結(jié)構(gòu)34-38
  • 2.2.3 比較和選擇38-41
  • 2.3 光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)41-50
  • 2.3.1 并網(wǎng)DC-AC逆變器41-48
  • 2.3.2 與光伏陣列模塊連接的DC-DC變換器48-50
  • 2.4 本章小結(jié)50-52
  • 第三章 光伏陣列模塊特性及最大功率點(diǎn)跟蹤52-84
  • 3.1 光伏陣列模塊特性52-64
  • 3.1.1 光伏電池的工作原理52-54
  • 3.1.2 光伏電池的等效模型54-59
  • 3.1.3 光伏陣列模塊特性59-64
  • 3.2 最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)64-67
  • 3.2.1 定填充系數(shù)法65
  • 3.2.2 掃描法65
  • 3.2.3 干擾觀測法65-66
  • 3.2.4 電導(dǎo)增量法66-67
  • 3.3 基于滑模面零均值動(dòng)態(tài)的準(zhǔn)滑模MPPT控制方法67-83
  • 3.3.1 原理68-76
  • 3.3.2 操作方式76-80
  • 3.3.3 仿真結(jié)果80-83
  • 3.4 本章小結(jié)83-84
  • 第四章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)84-114
  • 4.1 直流端電壓控制85-90
  • 4.1.1 直流端電壓參考85-87
  • 4.1.2 直流端電壓控制器87-88
  • 4.1.3 仿真結(jié)果88-90
  • 4.2 DC-AC逆變器的控制90-102
  • 4.2.1 正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)90-92
  • 4.2.2 特定消諧(SHE)PWM技術(shù)92-93
  • 4.2.3 Walsh變換93-94
  • 4.2.4 Walsh域與傅立葉域之間的轉(zhuǎn)換94-96
  • 4.2.5 Walsh函數(shù)表示的逆變器SHE的消諧模型96-97
  • 4.2.6 基于Walsh的SHE算法簡例97-101
  • 4.2.7 逆變器的控制101
  • 4.2.8 仿真結(jié)果101-102
  • 4.3 鎖相環(huán)(PLL)102-107
  • 4.3.1 鎖相環(huán)原理102-105
  • 4.3.2 仿真結(jié)果105-107
  • 4.4 死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償107-109
  • 4.5 孤島檢測和保護(hù)109-112
  • 4.6 本章小結(jié)112-114
  • 第五章 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與分析114-130
  • 5.1 主電路114-115
  • 5.2 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)115-119
  • 5.2.1 控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)115-116
  • 5.2.2 電壓電流采樣電路116-117
  • 5.2.3 TMS320LF2407A模塊117-118
  • 5.2.4 復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)118-119
  • 5.3 幾組系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)119-128
  • 5.3.1 最大功率點(diǎn)跟蹤實(shí)驗(yàn)119-122
  • 5.3.2 光伏功率輸入為階躍和斜坡信號(hào)時(shí)的實(shí)驗(yàn)122-123
  • 5.3.3 電網(wǎng)電流性能實(shí)驗(yàn)123-124
  • 5.3.4 死區(qū)時(shí)間與電網(wǎng)電流影響的實(shí)驗(yàn)124-126
  • 5.3.5 涌入電流測試實(shí)驗(yàn)126
  • 5.3.6 孤島保護(hù)測試實(shí)驗(yàn)126-127
  • 5.3.7 光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)效率測試127-128
  • 5.4 本章小結(jié)128-130
  • 第六章 總結(jié)與展望130-134
  • 6.1 總結(jié)130-132
  • 6.2 成果132-133
  • 6.3 待續(xù)工作133-134
  • 參考文獻(xiàn)134-141
  • 致謝141-142
  • 攻讀博士學(xué)位期間主要的研究成果142


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太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究    趙為

PWM整流器及其控制策略的研究    張興

基于重復(fù)控制理論的逆變電源控制技術(shù)研究    陳宏

獨(dú)立光伏系統(tǒng)中蓄電池管理的研究    歐陽名三

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的MPPT及孤島檢測新方法的研究    于希洋

光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤算法研究及實(shí)現(xiàn)    黃克亞

模糊控制在光伏最大功率追蹤預(yù)測中的應(yīng)用與研究    陳亞峰

光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的逆變技術(shù)研究    王彬

光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)及最大功率點(diǎn)跟蹤算法的研究與實(shí)現(xiàn)    朱叢

基于MPPT的風(fēng)光互補(bǔ)控制器的研制    費(fèi)韓

基于DSP的有源濾波裝置諧波檢測及其控制策略的研究    邢雪菲

基于多智能Agent的建筑能源管理與優(yōu)化    張琳

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)最大功率跟蹤及反孤島運(yùn)行控制方法研究    曹建博

10kW光伏并網(wǎng)逆變器的研制    劉志強(qiáng)

分布式發(fā)電中燃料電池并網(wǎng)的建模及其仿真    程站立;陳維榮;戴朝華;李艷昆;劉小強(qiáng);

變結(jié)構(gòu)雙饋風(fēng)機(jī)的低電壓穿越能力    鄒文仲;袁越;季澤宇;傅質(zhì)馨;

直驅(qū)永磁風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行的小干擾穩(wěn)定性分析    劉嚴(yán);袁越;傅質(zhì)馨;

以光伏為主體的分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的研究    華嘉成;苑仁峰;艾芊;劉麗霞;

基于改進(jìn)下垂控制的微網(wǎng)運(yùn)行控制策略    徐瑞林;徐鑫;鄭永偉;陳民鈾;李闖;

光伏并網(wǎng)逆變器SVPWM雙滯環(huán)低電壓穿越控制    茹心芹;王俊輝;

基于多層面同構(gòu)的船舶智能電網(wǎng)理論體系研究    孫玉偉;嚴(yán)新平;袁成清;湯旭晶;徐立;

抑制微網(wǎng)中諧波電流的逆變器控制策略研究    費(fèi)科;吳在軍;朱皓斌;楊文燮;

同步發(fā)電機(jī)模型在MMC并網(wǎng)控制中的應(yīng)用    劉喜梅;陳朋;張群;趙倩;

SPSVPWM-deadbeat并網(wǎng)控制策略研究    杜蘅;吳雷;徐鵬;

抑制風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)影響的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置及控制研究    李軍徽

海洋環(huán)境下船用太陽能光伏系統(tǒng)特性研究    孫玉偉

三相三電平光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究    楊滔

基于Z源網(wǎng)絡(luò)的三端口光伏系統(tǒng)研究    高志強(qiáng)

船用太陽能電池板玻璃蓋片光學(xué)性能損傷效應(yīng)研究    趙亮亮

風(fēng)帆輔助推進(jìn)裝置及控制系統(tǒng)的建模與仿真研究    王立明

分布式儲(chǔ)能對(duì)微網(wǎng)運(yùn)行特性的作用研究    王中秋

多功能船用風(fēng)帆設(shè)計(jì)及其特性研究    陳魯愚

基于分區(qū)控制的光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究    吳春洋

新型光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究    韓志強(qiáng)

光伏發(fā)電并網(wǎng)控制及其暫態(tài)過程研究    宋代春

基于粒子群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤研究    郭亮

微網(wǎng)系統(tǒng)控制及能量管理策略研究    靳恒

智能社區(qū)運(yùn)行模式的分析研究    袁思遠(yuǎn)

分布式供電和冷熱電聯(lián)產(chǎn)的前景    徐建中

三電平逆變器SHEPWM方法及其應(yīng)用研究    張艷莉,費(fèi)萬民,呂征宇,姚文熙

三相PWM整流器研究    王勉華

并網(wǎng)運(yùn)行PWM逆變器的控制方式    陳國呈,孫承波,周勤利

單相倍壓 PWM AC-DC 整流器中的電流控制方法    沈安文,萬淑云,王離九,趙金,張曉光

分布式發(fā)電及其對(duì)電力系統(tǒng)的影響    梁才浩,段獻(xiàn)忠

電流滯環(huán)跟蹤控制分析    馬立華;陳伯時(shí);

中國燃料電池的發(fā)展    畢道治

燃料電池現(xiàn)狀與未來    衣寶廉

21世紀(jì)我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略思考    趙玉文

光伏建筑一體化并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的智能控制    單竹杰;

500W光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)    楊海柱;金新民;劉潔;

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計(jì)與控制方法    董密;羅安;

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)幾個(gè)關(guān)鍵問題的研究    李冬輝;王鶴雄;朱曉丹;李征;

基于Simulink的單相光伏并網(wǎng)逆變器仿真研究    毛洪生;毛行奎;裴昌盛;

新穎單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的仿真研究    張?zhí)扈?

基于MATLAB的單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    張?zhí)扈?

一種太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤的算法研究    唐敏;任奇;

雙支路太陽光伏并網(wǎng)型逆變器的研制    廖華;許洪華;

一種單相光伏系統(tǒng)并網(wǎng)策略研究    崔開涌;張翼;俞俊杰;陳國呈;

光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)綜述    戴靖;何中一;邢巖;

獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制    孫亞寧;

基于dsPIC的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)研究    葉剛;

基于OIF-Elman網(wǎng)絡(luò)的光伏電源最大功率點(diǎn)跟蹤方法研究    蘇剛;龔?fù)?潘雷;高瑞;王貝貝;

談?wù)勄袚Q問題的優(yōu)化方法    韓穎;

屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究與應(yīng)用    王春明;王金全;劉文良;張紅賢;

一種新型的光伏最大功率點(diǎn)跟蹤拓?fù)?nbsp;   張超;何湘寧;

具有MPPT功能的太陽能充電器研究    孫超;郭勇;陳新;高華麗;

一種Walsh變換域的盲源分離算法    馬明;王新軍;

振興東北老工業(yè)基地與長春城市發(fā)展對(duì)策研究——從孤島效應(yīng)走向蝴蝶效應(yīng)    鄭德高;王明田;

莫忽視困難群體的“孤島效應(yīng)”    吳學(xué)安

園區(qū)信息化何時(shí)走出“孤島效應(yīng)”?    顧汶

網(wǎng)絡(luò)“漫游”消除孤島效應(yīng)    華鐘

移動(dòng)IP突破網(wǎng)絡(luò)時(shí)代孤島效應(yīng)    陳立新

數(shù)字化建設(shè)遭遇“孤島效應(yīng)”    記者 呂福明

中心區(qū)公寓:資本狂追之下的“孤島效應(yīng)”    記者 蔣毅坤

豪華孤島與地產(chǎn)商造城    華南理工大學(xué)建筑學(xué)院 杜宏武

中創(chuàng)信測全面?zhèn)鋺?zhàn)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化    北京中創(chuàng)信測科技股份有限公司

個(gè)人信息保護(hù)應(yīng)避免“孤島效應(yīng)”    單士兵

專家李光斗狠話警示上海品牌:足不出戶的結(jié)果是“溫水煮青蛙”    趙何娟

太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制策略研究    董密

單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的分析與研究    王飛

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)MPPT及孤島檢測新技術(shù)的研究    張超

數(shù)字化光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變技術(shù)研究    張文

太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究    相海濤

光伏并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其控制的研究    汪海寧

太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究    趙為

光伏發(fā)電系統(tǒng)及其控制的研究    鄭詩程

光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)綜合控制策略研究及實(shí)現(xiàn)    吳理博

光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變技術(shù)研究    吳春華

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其控制策略的研究    李征

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究    楊巍

單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的分析與研究    徐鵬來

單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究    單琳

光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤及反孤島效應(yīng)的研究    肖麗詩

三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)控制策略的研究    常超

基于阻抗源的單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)研究    謝柱

基于單片機(jī)的太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)研究    路曉

戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)控制策略的研究    董博

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究    孔娟