基于三電平逆變器的三相光伏發(fā)電系統(tǒng)研究

【摘要】：2011年3月，日本9級(jí)大地震導(dǎo)致了福島核電站受損泄漏，引起全世界的高度關(guān)注，太陽(yáng)能光伏發(fā)電是最有發(fā)展?jié)摿Φ闹匾稍偕茉矗鳛槲覈?guó)戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)的地位不會(huì)改變。2012年3月1日，國(guó)家正式啟動(dòng)了允許單位和個(gè)人新能源發(fā)電賣給國(guó)家的政策。家庭式光伏電站以其成本較低，綠色環(huán)保，安裝節(jié)約空間等優(yōu)點(diǎn)成為了我國(guó)家庭式產(chǎn)電的主力軍。繼2011年國(guó)家電網(wǎng)公司啟動(dòng)分布式光伏發(fā)電支持政策之后，我國(guó)的小型光伏產(chǎn)業(yè)在新能源領(lǐng)域開(kāi)始綻放光彩。本文以三相光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)光伏電池的輸出特性、光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)、光伏逆變器控制策略等進(jìn)行了深入研究。 （1）對(duì)光伏電池的輸出特性進(jìn)行了淺要分析，并在標(biāo)準(zhǔn)工作條件下測(cè)試得到的光伏電池工程計(jì)算數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，搭建出一種基于一般工作狀況下的光伏電池工程計(jì)算模型，并在Matlab/Simulink進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證其正確性。 （2）在剖析光伏電池MPPT原理的基礎(chǔ)上，總結(jié)現(xiàn)有的定點(diǎn)電壓跟蹤法、短路電流比例系數(shù)法、差值計(jì)算法、擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法、模糊理論法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、智能復(fù)合法和粒子群MPPT控制算法及其控制電路的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)光伏工程的實(shí)際需要，選擇擾動(dòng)觀察法作為主要研究對(duì)象，針對(duì)傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法中出現(xiàn)的擾動(dòng)和誤判現(xiàn)象，推出一種防誤判型MPPT控制技術(shù)，采用了防誤判和自適應(yīng)變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察算法的優(yōu)點(diǎn)，并由雙PWM控制的新型Buck-Boost電路以及抑制積分飽和控制器構(gòu)成電流閉環(huán)控制。該技術(shù)模型的仿真結(jié)果與其他MPPT控制器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做比較，說(shuō)明了該控制器具有較好的性能。 （3）結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)的特征，對(duì)比分析了NPC箝位型、電容箝位型、混合箝位型、通用型、層疊式和級(jí)聯(lián)型多電平逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，選用二極管箝位型三電平逆變器為本文系統(tǒng)中的光伏逆變器。分析三電平逆變器PWM控制策略、SVPWM控制策略以及幾種改進(jìn)型的SVPWM控制策略的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)SVPWM控制算法在電平數(shù)較高的逆變器中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，控制速度慢的缺陷，提出了一種降階型SVWM控制算法簡(jiǎn)化運(yùn)算，提高速度。并通過(guò)仿真和小功率實(shí)物實(shí)驗(yàn)，共同驗(yàn)證了三電平逆變器以及SVPWM控制算法的良好性能，以及降階型SVPWM控制策略的正確性和可行性。 （4）綜合（1）、（2）和（3）的設(shè)計(jì)模塊，搭建了一種獨(dú)立型三相光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型。并在該模型基礎(chǔ)上添加并網(wǎng)控制器濾波實(shí)現(xiàn)一種并網(wǎng)型三相光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡(jiǎn)化仿真模型。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)波形的分析和論證，進(jìn)一步證實(shí)了本文所提技術(shù)的適應(yīng)性。 【關(guān)鍵詞】：光伏電池 MPPT控制 NPC三電平逆變器 SVPWM 三相光伏并網(wǎng)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM615;TM464
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題研究背景和意義9
• 1.2 光伏逆變器9-11
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)分類11-13
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容13-14
• 第2章 光伏電池的工程建模研究14-25
• 2.1 光伏電池的工作原理14-15
• 2.2 光伏電池的數(shù)學(xué)模型15-18
• 2.3 光伏電池的工程計(jì)算方法18-21
• 2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的輸出特性工程計(jì)算方法19-20
• 2.3.2 一般工作狀況下的光伏電池輸出特性的工程計(jì)算方法20-21
• 2.4 光伏電池的新技術(shù)21
• 2.5 仿真結(jié)果及分析21-25
• 第3章 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)研究25-59
• 3.1 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)25-26
• 3.2 MPPT 控制算法26-39
• 3.2.1 定電壓跟蹤法26
• 3.2.2 短路電流比例系數(shù)法26-27
• 3.2.3 差值計(jì)算法27-29
• 3.2.4 擾動(dòng)觀察法29-31
• 3.2.5 電導(dǎo)增量法31-35
• 3.2.6 基于模糊理論的 MPPT 控制35
• 3.2.7 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 MPPT 控制35-36
• 3.2.8 基于智能方法的 MPPT 復(fù)合控制36-37
• 3.2.9 基于粒子群算法的 MPPT 控制37-39
• 3.3 DC/DC 變換電路39-42
• 3.3.1 Boost DC/DC 變換器39-40
• 3.3.2 BuckDC/DC 變換器40-41
• 3.3.3 Buck-Boost DC/DC 變換器41-42
• 3.4 新型 MPPT 控制器的設(shè)計(jì)42-59
• 3.4.1 振蕩和誤判現(xiàn)象的分析及改進(jìn)42-45
• 3.4.2 新型 DC/DC 變換器45-49
• 3.4.3 抑制積分飽和控制器的設(shè)計(jì)49-52
• 3.4.4 仿真結(jié)果及分析52-59
• 第4章 NPC 三相三電平逆變器及其控制策略研究59-86
• 4.1 多電平逆變器的拓?fù)浞诸?/span>59-64
• 4.1.1 二極管鉗位型多電平逆變器59-60
• 4.1.2 電容鉗位型多電平逆變器60-61
• 4.1.3 混合箝位型多電平逆變器61-62
• 4.1.4 通用型多電平逆變器62
• 4.1.5 層疊式多電平逆變器62-63
• 4.1.6 級(jí)聯(lián)型多電平逆變器63-64
• 4.2 NPC 三電平逆變器的工作原理及數(shù)學(xué)特性分析64-67
• 4.2.1 NPC 三電平逆變器的工作原理65-66
• 4.2.2 NPC 三電平逆變器的數(shù)學(xué)特性分析66-67
• 4.3 NPC 型三電平逆變器控制策略研究67-77
• 4.3.1 PWM 控制算法67-69
• 4.3.2 空間電壓矢量控制算法69-73
• 4.3.3 改進(jìn)型 SVPWM 控制算法73-77
• 4.4 仿真結(jié)果及分析77-86
• 4.4.1 兩電平逆變器 SVPWM 仿真結(jié)果及其分析78-79
• 4.4.2 NPC 三電平逆變器 PWM 仿真結(jié)果及其分析79-80
• 4.4.3 NPC 三電平逆變器 SVPWM 仿真結(jié)果及其分析80-81
• 4.4.4 NPC 三電平逆變器改進(jìn)型 SVPWM 仿真結(jié)果及其分析81-85
• 4.4.5 NPC 三電平逆變器小功率實(shí)物裝置85-86
• 第5章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真86-94
• 5.1 獨(dú)立型三相光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真及分析86-89
• 5.2 并網(wǎng)型三相光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真及分析89-94
• 5.2.1 并網(wǎng)控制器的設(shè)計(jì)89-90
• 5.2.2 仿真及分析90-94
• 第6章 總結(jié)與展望94-96
• 參考文獻(xiàn)96-100
• 致謝100-101
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果101

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