基于MFAC的獨(dú)立光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的研究

【摘要】：獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是太陽(yáng)能利用的主要形式之一。本文以獨(dú)立光伏發(fā)電控制系統(tǒng)為研究對(duì)象,對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池特性、DC/DC變換器的控制、最大功率點(diǎn)跟蹤控制及DC/AC逆變器的控制進(jìn)行了研究。 DC/DC及DC/AC變換器是一類典型的時(shí)變、開(kāi)關(guān)非線性系統(tǒng),準(zhǔn)確地辨識(shí)其動(dòng)態(tài)過(guò)程的模型參數(shù)、建立系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型非常困難。而實(shí)際中,變換器參數(shù)會(huì)因電磁干擾、溫度等因素在較大范圍內(nèi)變化。因此,傳統(tǒng)的基于模型的控制方法在解決模型失配、未建模動(dòng)態(tài)等方面存在局限性。 本文針對(duì)基于模型的控制方法在模型失配方面的局限性,提出了一種基于在線粒子群優(yōu)化(Particle Swarm Optimization, PSO)算法的無(wú)模型自適應(yīng)控制(Model-free Adaptive Control, MFAC)方法。MFAC是一種不需要受控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及相關(guān)先驗(yàn)知識(shí),僅利用系統(tǒng)I/O數(shù)據(jù)就可進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的方法,能用于解決變換器模型失配的問(wèn)題。 本文首先在分析光伏電池特性基礎(chǔ)上,建立了太陽(yáng)能電池的仿真模型。然后將無(wú)模型自適應(yīng)控制應(yīng)用于獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的DC/DC、DC/AC環(huán)節(jié)及最大功率點(diǎn)跟蹤控制中,并進(jìn)行了Simulink仿真。仿真結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)的基于模型的控制方法,本文所用方法能克服模型失配,具有更好的適應(yīng)性和魯棒性。 最后,本文設(shè)計(jì)了750W獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)電路參數(shù)及無(wú)模型自適應(yīng)控制器進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),搭建了基于DSP的硬件電路實(shí)現(xiàn)MFAC,實(shí)驗(yàn)波形驗(yàn)證了無(wú)模型自適應(yīng)控制算法的有效性及適用性。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 無(wú)模型自適應(yīng)控制 最大功率點(diǎn)跟蹤 粒子群優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 光伏發(fā)電的背景及意義10-11
• 1.2 光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)分類12-14
• 1.3.1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)13
• 1.3.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)13-14
• 1.3.3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)14
• 1.4 變換器主要控制策略14-15
• 1.4.1 DC/DC變換器主要控制策略14-15
• 1.4.2 DC/AC逆變器主要控制策略15
• 1.5 無(wú)模型自適應(yīng)控制簡(jiǎn)介15-17
• 1.6 論文主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 第2章 光伏電池特性及仿真模型18-26
• 2.1 光伏電池的原理及工作過(guò)程18-19
• 2.2 光伏電池基本特性19-22
• 2.2.1 光伏電池等效電路模型19-20
• 2.2.2 光伏電池的輸出特性20-21
• 2.2.3 光伏電池的主要影響因素21-22
• 2.3 光伏電池仿真模型22-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 DC/DC變換器的控制研究26-40
• 3.1 DC/DC存在必要性26
• 3.2 DC/DC變換器分類26-27
• 3.3 無(wú)模型自適應(yīng)控制(MFAC)27-31
• 3.3.1 MFAC基本概念28
• 3.3.2 緊格式動(dòng)態(tài)線性化泛模型28-29
• 3.3.3 緊格式MFAC算法29-31
• 3.4 基于粒子群優(yōu)化算法的MFAC參數(shù)整定方法31-34
• 3.4.1 粒子群優(yōu)化算法基本原理32
• 3.4.2 粒子群算法參數(shù)的選擇32-33
• 3.4.3 PSO整定MFAC控制器參數(shù)33-34
• 3.5 DC/DC變換器的MFAC控制器設(shè)計(jì)34
• 3.6 DC/DC變換器控制方法的Simulink仿真34-38
• 3.6.1 系統(tǒng)仿真參數(shù)35-36
• 3.6.2 系統(tǒng)啟動(dòng)響應(yīng)36-37
• 3.6.3 輸入電壓變化37
• 3.6.4 模型失配37-38
• 3.7 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證38-39
• 3.8 本章小結(jié)39-40
• 第4章 最大功率點(diǎn)跟蹤控制的研究40-56
• 4.1 MPPT基本原理40-41
• 4.2 最大功率跟蹤方法41-48
• 4.2.1 固定參數(shù)法41-43
• 4.2.2 擾動(dòng)觀察法43-45
• 4.2.3 電導(dǎo)增量法45-46
• 4.2.4 基于MFAC的固定電流法結(jié)合擾動(dòng)觀察法46-48
• 4.3 最大功率跟蹤控制Simulink仿真48-54
• 4.3.1 擾動(dòng)觀察法的仿真49-50
• 4.3.2 電導(dǎo)增量法的仿真50-51
• 4.3.3 基于MFAC的固定電流法結(jié)合擾動(dòng)觀察法的仿真51-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第5章 DC/AC逆變器的控制研究56-64
• 5.1 獨(dú)立光伏系統(tǒng)對(duì)逆變器的基本要求56-57
• 5.2 逆變器的波形控制技術(shù)57-58
• 5.3 逆變器的無(wú)模型自適應(yīng)控制58-59
• 5.4 逆變器控制方法的Simulink仿真59-63
• 5.4.1 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)60-61
• 5.4.2 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)61-62
• 5.4.3 模型失配62-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 第6章 750W獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)64-70
• 6.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)64-65
• 6.2 主電路參數(shù)設(shè)計(jì)65-66
• 6.2.1 Boost電路參數(shù)計(jì)算65-66
• 6.2.2 逆變器輸出濾波電路設(shè)計(jì)66
• 6.3 系統(tǒng)Simulink仿真66-68
• 6.4 本章小結(jié)68-70
• 總結(jié)與展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-78
• 攻讀碩士期間取得的成果78

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