光伏系統(tǒng)MPPT及Z型逆變器控制策略的研究

【摘要】：進(jìn)入二十一世紀(jì)以來,各國對(duì)能源的需求日益增加。當(dāng)今倡導(dǎo)低碳環(huán)保,使得新能源的開發(fā)利用掀起了一陣熱潮。作為環(huán)保能源之首的太陽能,因其具有干凈、可持續(xù)、無污染等優(yōu)點(diǎn)而備受矚目。本文從光伏發(fā)電系統(tǒng)開始進(jìn)行整體介紹,然后分別對(duì)并網(wǎng)逆變控制器的結(jié)構(gòu)、工作原理和控制方法做了較為詳細(xì)的說明,并在最大功率點(diǎn)跟蹤、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了比較深入的研究。 首先,介紹了現(xiàn)階段光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展情況,逆變技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)以及常用的光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。對(duì)并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理和控制系統(tǒng)進(jìn)行了模塊式的介紹。并簡(jiǎn)要介紹了光伏陣列方位追蹤、最大功率點(diǎn)跟蹤方法和逆變系統(tǒng)控制方法。 其次,通過對(duì)幾種逆變器的分析比較,選擇了逆變并網(wǎng)控制系統(tǒng)的主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并對(duì)各部分硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。采用Z型阻抗源網(wǎng)絡(luò)作為主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),憑借其自身獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以工作在直通狀態(tài)下,大大提高整體效率。對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析、公式推導(dǎo)以及建模。通過一系列的推導(dǎo)和計(jì)算來確定各個(gè)器件的相關(guān)參數(shù)。 再次,簡(jiǎn)略敘述了光伏陣列的方位控制的意義及其控制策略。然后,在分析和比較了幾種傳統(tǒng)的最大功率跟蹤方法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一種基于擾動(dòng)觀察法和梯度法的方法。根據(jù)光伏陣列的數(shù)學(xué)模型,在Matlab/simulink軟件中建立了無伏陣列的仿真模型,設(shè)計(jì)組建了與之對(duì)應(yīng)的最大功率點(diǎn)跟蹤電路,并根據(jù)模擬的實(shí)時(shí)環(huán)境設(shè)定了初始參數(shù)進(jìn)行Matlab/simulink仿真,仿真波形驗(yàn)證了算法的可行性。 最后,在主回路的控制方面,采用了一種PID與重復(fù)控制相結(jié)合的控制方式,來實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變輸出的精確控制,對(duì)整個(gè)逆變控制系統(tǒng)進(jìn)行了Matlab/simulink仿真實(shí)驗(yàn),從仿真波形和諧波分析來看控制效果比較理想。簡(jiǎn)略介紹了鎖相控制,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)機(jī)調(diào)試。通過示波器對(duì)波形進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果良好,能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)的目的。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 Z型逆變器 最大功率跟蹤 數(shù)字信號(hào)處理器 控制
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM464
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 光伏逆變控制研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11-13
• 1.3 逆變控制技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展概況及發(fā)展趨勢(shì)13-14
• 1.3.1 逆變控制技術(shù)發(fā)展概況13
• 1.3.2 逆變控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)13-14
• 1.4 并網(wǎng)逆變技術(shù)存在的問題及本文研究的目的和意義14-15
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容15-16
• 2 光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)逆變系統(tǒng)概述16-23
• 2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)16-19
• 2.1.1 小型直流光伏供電系統(tǒng)16-17
• 2.1.2 大型直流光伏供電系統(tǒng)17
• 2.1.3 交直流混合供電系統(tǒng)17-18
• 2.1.4 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)18
• 2.1.5 混合供電系統(tǒng)18-19
• 2.1.6 并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)19
• 2.2 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)19-21
• 2.2.1 隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)19-20
• 2.2.2 非隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)20-21
• 2.3 光伏陣列方位追蹤和最大功率點(diǎn)跟蹤21
• 2.4 并網(wǎng)逆變的控制21-22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 3 單相并網(wǎng)系統(tǒng)主電路和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)23-52
• 3.1 光伏逆變并網(wǎng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)24
• 3.2 單相并網(wǎng)逆變器的技術(shù)指標(biāo)24
• 3.3 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析24-26
• 3.4 型逆變器建模分析26-35
• 3.4.1 Z型逆變器升壓子電路部分建模28-33
• 3.4.2 Z型逆變器逆變橋部分建模33-35
• 3.5 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各部分功能35-37
• 3.5.1 并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明35-36
• 3.5.2 并網(wǎng)系統(tǒng)各部分介紹36-37
• 3.6 硬件系統(tǒng)的部分設(shè)計(jì)37-51
• 3.6.1 電路中參數(shù)的設(shè)計(jì)37-41
• 3.6.2 主電路功率器件的選擇41-42
• 3.6.3 系統(tǒng)輸出濾波器的設(shè)計(jì)42-46
• 3.6.4 并網(wǎng)控制電路的設(shè)計(jì)46-51
• 3.7 本章小結(jié)51-52
• 4 光伏陣列方位追蹤和最大功率點(diǎn)跟蹤52-67
• 4.1 光伏陣列方位追蹤控制策略52-54
• 4.2 光伏陣列的工作原理及等效電路模型54-55
• 4.3 傳統(tǒng)太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤方法55-58
• 4.3.1 定電壓法56-57
• 4.3.2 電導(dǎo)增量法57
• 4.3.3 擾動(dòng)觀察法57-58
• 4.3.4 梯度法58
• 4.4 雙重尋優(yōu)算法58-66
• 4.4.1 雙重尋優(yōu)法的原理58-63
• 4.4.2 仿真分析63-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 5 并網(wǎng)逆變控制策略的研究及鎖相控制67-86
• 5.1 并網(wǎng)逆變常用的控制方法67-72
• 5.1.1 正弦脈寬調(diào)制逆變技術(shù)67-68
• 5.1.2 模擬和數(shù)字的SPWM控制方法68-71
• 5.1.3 數(shù)字逆變器幾種常用的控制方法71-72
• 5.2 基于PID的重復(fù)控制方式72-79
• 5.2.1 重復(fù)控制理論研究72-76
• 5.2.2 控制目的和方式76-78
• 5.2.3 PID控制與重復(fù)控制的結(jié)合78-79
• 5.3 逆變控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)及分析79-82
• 5.4 鎖相控制82-84
• 5.4.1 數(shù)字鎖相環(huán)基本原理82
• 5.4.2 鎖相控制的介紹82-83
• 5.4.3 鎖相的工作過程83-84
• 5.5 系統(tǒng)調(diào)試和分析84-85
• 5.6 本章小結(jié)85-86
• 6 總結(jié)與展望86-88
• 6.1 工作總結(jié)86
• 6.2 展望86-88
• 參考文獻(xiàn)88-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文91-92
• 致謝92-94

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