基于功率前饋的單級式三相光伏并網逆變器的研究

【摘要】：單級式光伏并網系統(tǒng)僅需要一級能量變換就可以完成最大功率點跟蹤(MPPT)和并網兩個功能，因此在效率和成本上都有較大的優(yōu)勢，但是與此同時也會帶來一些缺點，如控制復雜，直流母線電壓過高等，所以深入研究單級式光伏并網逆變系統(tǒng)，對于未來新能源問題的解決有重要的研究價值和研究意義。 本文以單級式三相光伏并網逆變器為研究對象。首先分析了光伏電池的原理與輸出特性并建立其數學模型，根據光伏電池的輸出特性對比分析定電壓跟蹤法、擾動觀察法和電導增量法這三種常用MPPT算法的優(yōu)缺點。在此基礎上提出了一種“鐘擺式”MPPT算法，同時對該算法進行了理論分析，并將其與傳統(tǒng)擾動觀察法進行仿真對比，突出了“鐘擺式”MPPT算法的優(yōu)勢。 其次，對單級式三相光伏并網逆變器的數學模型與控制策略進行了詳細的研究與分析。針對傳統(tǒng)雙環(huán)控制中直流母線電壓響應慢，不利于MPPT的快速搜索，本文將功率前饋算法應用于本系統(tǒng)的的外環(huán)控制中，并將其與傳統(tǒng)的雙環(huán)PI控制進行仿真對比。此外，針對實際并網控制中調節(jié)器設計不合理，參數試湊等問題，對PI調節(jié)器參數設計進行了深入研究，通過詳細的理論推導得出一種新型設計PI調節(jié)器的方法。在完成MPPT算法與逆變器控制策略的分析后，將“鐘擺式”MPPT算法與基于功率前饋的雙環(huán)控制相結合，對單級式三相光伏并網逆變系統(tǒng)進行了整體的仿真研究。 最后，本文對整個系統(tǒng)的硬件和軟件進行了詳細的設計。在設計的基礎上搭建了一套3kVA的單級式三相光伏并網逆變器樣機，通過數字控制，完成了整個系統(tǒng)的實驗驗證。實驗結果驗證了“鐘擺式”MPPT算法以及基于功率前饋控制方案的可行性和有效性。 【關鍵詞】：單級式光伏逆變器 最大功率點跟蹤 PI調節(jié)器 功率前饋
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 國內外光伏并網發(fā)電的現狀及趨勢11-12
• 1.3 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)介紹12-14
• 1.3.1 兩級式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)12-13
• 1.3.2 單級式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)13-14
• 1.4 光伏并網發(fā)電控制技術研究現狀14-16
• 1.4.1 最大功率點跟蹤技術研究現狀14
• 1.4.2 并網控制技術研究現狀14-16
• 1.5 課題的研究內容16-18
• 第2章 光伏最大功率點跟蹤技術18-33
• 2.1 前言18
• 2.2 光伏電池的原理和輸出特性18-22
• 2.2.1 光伏電池原理18-19
• 2.2.2 光伏電池數學模型19-20
• 2.2.3 光伏電池仿真模型及輸出特性20-22
• 2.3 最大功率點跟蹤控制算法的研究22-29
• 2.3.1 單級式最大功率點跟蹤原理22-24
• 2.3.2 常用最大功率點跟蹤算法24-27
• 2.3.3 “鐘擺式”MPPT 算法27-29
• 2.3.4 直流母線電壓崩潰的現象29
• 2.4 最大功率點跟蹤仿真29-32
• 2.5 本章小結32-33
• 第3章 單級式光伏并網系統(tǒng)控制策略33-53
• 3.1 前言33
• 3.2 三相并網逆變器的低頻數學模型33-37
• 3.2.1 abc 坐標系下逆變器數學模型33-35
• 3.2.2 dq 坐標系下逆變器數學模型35-37
• 3.3 電流內環(huán)控制策略37-43
• 3.3.1 電流內環(huán)設計37-39
• 3.3.2 電流環(huán) PI 調節(jié)器的設計39-43
• 3.4 功率前饋控制43-45
• 3.5 逆變器雙環(huán)控制仿真45-46
• 3.6 單級式光伏并網逆變系統(tǒng)仿真46-52
• 3.6.1 不同光照下的系統(tǒng)仿真48-50
• 3.6.2 不同溫度下的系統(tǒng)仿真50-52
• 3.7 本章小結52-53
• 第4章 系統(tǒng)軟硬件設計53-64
• 4.1 前言53
• 4.2 系統(tǒng)硬件設計53-60
• 4.2.1 直流母線電容設計53-54
• 4.2.2 輸出濾波電感的設計54-57
• 4.2.3 主功率管的選取57
• 4.2.4 驅動電路的設計57-58
• 4.2.5 采樣電路的設計58-60
• 4.3 控制系統(tǒng)軟件設計60-62
• 4.4 本章小結62-64
• 第5章 系統(tǒng)實驗研究64-73
• 5.1 前言64
• 5.2 三相逆變器并網實驗64-68
• 5.2.1 帶載電流閉環(huán)實驗65-66
• 5.2.2 鎖相環(huán)實驗66-67
• 5.2.3 并網實驗67-68
• 5.3 雙環(huán)控制對比實驗68-69
• 5.4 MPPT 實驗69-72
• 5.5 本章小結72-73
• 結論73-75
• 參考文獻75-79
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果79-80
• 致謝80-81
• 作者簡介81

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