兩級(jí)式單相光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略研究

【摘要】：隨著環(huán)境污染及能源短缺的日益嚴(yán)重，世界各國越來越注重對(duì)可再生清潔能源的開發(fā)與利用，太陽能由于其分布廣泛、可以循環(huán)利用等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，光伏發(fā)電作為太陽能利用的主要形式，也得到了快速發(fā)展。光伏并網(wǎng)逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，其拓?fù)浼翱刂撇呗缘倪x擇對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)各方面性能起到?jīng)Q定作用。 本文主要研究了兩級(jí)式單相光伏并網(wǎng)逆變器的不同控制策略對(duì)光伏逆變系統(tǒng)的體積、效率和控制性能等方面的影響。論文首先分析了兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器傳統(tǒng)控制策略的具體實(shí)現(xiàn)方法，在此基礎(chǔ)上對(duì)基于擾動(dòng)觀察法的最大功率點(diǎn)跟蹤算法參數(shù)的優(yōu)化選取展開了討論，并建立了采用電壓、電流雙閉環(huán)控制的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，為控制參數(shù)的優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。其次，研究了一種新型的分時(shí)復(fù)合控制策略，對(duì)其入網(wǎng)電流控制部分建立了數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；同時(shí)，深入分析了光伏側(cè)電壓二次脈動(dòng)產(chǎn)生的原因及對(duì)應(yīng)抑制方法，提出一種基于分時(shí)復(fù)合控制策略的最大功率點(diǎn)跟蹤方法；分析了光伏陣列輸出電壓波動(dòng)對(duì)光伏電池利用率的影響，推導(dǎo)了端電壓波動(dòng)和光伏電池利用率之間內(nèi)在關(guān)系，并提出了電路主要儲(chǔ)能元件的參數(shù)設(shè)計(jì)方法。最后，介紹了損耗分析的基本原理和逆變電路開關(guān)器件損耗計(jì)算方法，并針對(duì)兩種控制策略分別進(jìn)行了損耗分析，從理論上比較了基于兩種控制策略的電路損耗分布情況及其對(duì)系統(tǒng)效率的影響。 本文在MATLAB/Simulink環(huán)境下，搭建了兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器不同控制策略的仿真模型，在理論分析和仿真的基礎(chǔ)上，搭建了兩臺(tái)基于TMS320F2808型DSP的光伏并逆變器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)兩種控制策略的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過硬件平臺(tái)對(duì)前文的理論分析和光伏并網(wǎng)逆變器的各項(xiàng)基本功能開展了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：兩種控制策略均可以保證光伏并網(wǎng)逆變器正常工作；在相同功率等級(jí)下，分時(shí)復(fù)合控制策略比傳統(tǒng)控制策略損耗小、效率高，但是兩種控制策略的變換器體積并無明顯差別；同時(shí)，分時(shí)復(fù)合控制在實(shí)現(xiàn)容易程度、穩(wěn)定性及并網(wǎng)電流THD方面較傳統(tǒng)控制策略要差。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)逆變器 最大功率點(diǎn)跟蹤 傳統(tǒng)控制策略 分時(shí)復(fù)合控制策略 變換效率 損耗分析
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM464
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 圖表清單9-13
• 注釋表13-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 研究背景14-16
• 1.2 光伏并網(wǎng)逆變器的研究現(xiàn)狀16-21
• 1.2.1 光伏并網(wǎng)逆變器的主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)16-18
• 1.2.2 光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)?/span>18-21
• 1.3 兩級(jí)式單相光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略21-24
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容及意義24-26
• 1.4.1 本文主要研究?jī)?nèi)容24
• 1.4.2 本文主要研究意義24-26
• 第二章 兩級(jí)式單相光伏并網(wǎng)逆變器傳統(tǒng)控制策略研究26-47
• 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制原理26-27
• 2.2 最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)技術(shù)27-37
• 2.2.1 光伏陣列輸出特性27-28
• 2.2.2 最大功率點(diǎn)跟蹤方法概述28-31
• 2.2.3 擾動(dòng)觀察法建模31-33
• 2.2.4 仿真分析33-35
• 2.2.5 實(shí)驗(yàn)研究35-37
• 2.3 并網(wǎng)電流控制技術(shù)37-44
• 2.3.1 進(jìn)網(wǎng)電流環(huán)建模設(shè)計(jì)38-41
• 2.3.2 直流母線電壓環(huán)建模設(shè)計(jì)41-42
• 2.3.3 仿真分析42-43
• 2.3.4 實(shí)驗(yàn)研究43-44
• 2.4 整機(jī)性能測(cè)試與分析44-46
• 2.5 本章小結(jié)46-47
• 第三章 兩級(jí)式單相并網(wǎng)逆變器分時(shí)復(fù)合控制策略研究47-63
• 3.1 分時(shí)復(fù)合控制方法概述47-49
• 3.2 基于分時(shí)復(fù)合控制策略的系統(tǒng)環(huán)路設(shè)計(jì)49-56
• 3.2.1 “Buck”工作模式電路建模分析49-52
• 3.2.2 “Boost”工作模式電路建模分析52-56
• 3.3 基于分時(shí)復(fù)合控制策略的最大功率點(diǎn)跟蹤的實(shí)現(xiàn)56-59
• 3.3.1 光伏側(cè)電壓二次脈動(dòng)分析與抑制56-58
• 3.3.2 最大功率點(diǎn)跟蹤實(shí)現(xiàn)方式58-59
• 3.4 仿真分析59-62
• 3.5 本章小結(jié)62-63
• 第四章 基于分時(shí)復(fù)合控制策略的電路參數(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)63-74
• 4.1 光伏側(cè)功率解耦電容的優(yōu)化設(shè)計(jì)63-68
• 4.1.1 端電壓波動(dòng)對(duì)光伏電池利用率的影響分析63-67
• 4.1.2 光伏側(cè)功率解耦容的選取67-68
• 4.2 母線電容設(shè)計(jì)68-70
• 4.3 Boost 電感設(shè)計(jì)70-71
• 4.4 實(shí)驗(yàn)研究71-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 第五章 兩種控制策略的系統(tǒng)損耗分析與比較74-84
• 5.1 損耗分析原理及計(jì)算74-75
• 5.2 傳統(tǒng)控制策略的系統(tǒng)損耗75-79
• 5.2.1 前級(jí) Boost 開關(guān)器件損耗76
• 5.2.2 后級(jí)全橋開關(guān)器件損耗76-78
• 5.2.3 系統(tǒng)儲(chǔ)能元件損耗78-79
• 5.3 分式復(fù)合控制策略的系統(tǒng)損耗79-82
• 5.3.1 “Buck”工作模式開關(guān)器件損耗80
• 5.3.2 “Boost”工作模式開關(guān)器件損耗80-81
• 5.3.3 系統(tǒng)儲(chǔ)能元件損耗81-82
• 5.4 兩種控制策略系統(tǒng)效率比較82-83
• 5.5 本章小結(jié)83-84
• 第六章 總結(jié)與展望84-86
• 6.1 全文工作總結(jié)84
• 6.2 下一步工作展望84-86
• 參考文獻(xiàn)86-92
• 致謝92-93
• 在學(xué)期間發(fā)表的論文及參與完成的項(xiàng)目93

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