兩級式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的研究與設計

【摘要】：全球能源危機和環(huán)境污染問題的加劇，使得人類開發(fā)清潔可再生能源的問題迫在眉睫。太陽能光伏以其獨有特性成為各國關注的焦點，而光伏并網發(fā)電是太陽能光伏利用的主要發(fā)展趨勢，隨著微電子和功率器件的快速發(fā)展，太陽能發(fā)電技術研究也進入了高速發(fā)展期。在這樣的背景下，本文對光伏并網發(fā)電系統(tǒng)進行了深入的理論研究和仿真實驗，研制了一套基于TMS320F2812的1KW單相光伏并網發(fā)電實驗系統(tǒng)，并針對光伏并網發(fā)電系統(tǒng)在實際應用中出現的局部遮蔭問題提出了一種新的解決方案。主要研究內容如下： (1)概述了國內外光伏產業(yè)的發(fā)展形勢，比較了幾種光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的常見拓撲結構和MPPT控制算法，分析它們各自的優(yōu)缺點和應用場合。在MATLAB下建立了光伏陣列的仿真模型，并對擾動觀測法最大功率點跟蹤（MPPT）算法進行了仿真研究。 (2)在詳細分析光伏并網逆變器的數學模型和換流過程及空間矢量脈寬調制（SVPWM）的實現過程的基礎上，建立了基于雙閉環(huán)控制的單相光伏并網發(fā)電系統(tǒng)模型和基于功率解耦控制策略的三相光伏并網發(fā)電系統(tǒng)模型，并通過了仿真驗證。 (3)進行了1KW單相兩級式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的硬件設計，將硬件系統(tǒng)分為主電路和控制電路，兩者之間通過隔離器件連接，并在該硬件平臺上編寫了擾動觀測法MPPT控制程序、離網逆變程序、并網逆變程序。逆變控制程序采用雙閉環(huán)控制策略，通過實驗驗證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，達到了預期目的。 (4)針對光伏并網發(fā)電系統(tǒng)在應用中出現的局部遮蔭問題，本文應用粒子群算法在解決多峰值優(yōu)化中的優(yōu)勢，在串聯式光伏并網系統(tǒng)中提出了電流控制型粒子群多峰值MPPT算法，并給出了該算法的實現過程，最后在MATLAB/SIMUlink下進行了仿真實驗，仿真結果證明了該算法的可行性和相對于傳統(tǒng)算法在MPPT控制上的優(yōu)越性。 (5)對本文工作進行了總結，并提出了進一步研究的設想。 【關鍵詞】：光伏并網 最大功率點跟蹤 雙閉環(huán)控制 SVPWM 粒子群
【學位授予單位】：遼寧工程技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-21
• 1.1 課題研究背景與意義12-13
• 1.1.1 能源危機和環(huán)境污染12
• 1.1.2 發(fā)展可再生清潔能源迫在眉睫12-13
• 1.2 國內外光伏產業(yè)發(fā)展現狀與趨勢13-16
• 1.2.1 國外光伏產業(yè)發(fā)展現狀與趨勢13-14
• 1.2.2 國內光伏產業(yè)發(fā)展現狀與趨勢14-16
• 1.3 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)簡介16-19
• 1.3.1 并網光伏系統(tǒng)的拓撲結構16-18
• 1.3.2 最大功率點跟蹤（MPPT）18
• 1.3.3 并網控制策略18-19
• 1.3.4 孤島效應與防治19
• 1.4 本文所做的主要工作19-21
• 2 光伏電池模型及 MPPT 控制21-30
• 2.1 光伏電池模型與特性分析21-25
• 2.2 光伏電池 MPPT 控制技術25-28
• 2.2.1 恒定電壓法26
• 2.2.2 擾動觀測法26-27
• 2.2.3 電導增量法27-28
• 2.3 擾動觀測法 MPPT 的算法實現28-30
• 3 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)逆變控制策略研究與系統(tǒng)仿真30-52
• 3.1 光伏并網逆變器的分類30-31
• 3.2 逆變器的控制策略31-32
• 3.3 并網逆變器換流過程分析32-35
• 3.3.1 基本換流過程32-34
• 3.3.2 雙向換流控制34-35
• 3.4 單相光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真35-39
• 3.5 三相光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真39-52
• 3.5.1 基于功率解耦控制策略模型的建立40-43
• 3.5.2 SVPWM 模型的建立43-48
• 3.5.3 仿真實驗48-52
• 4 1KW 單相兩級式光伏并網發(fā)電系統(tǒng)硬件設計52-72
• 4.1 系統(tǒng)結構與電路參數52-53
• 4.1.1 系統(tǒng)構成52-53
• 4.1.2 電路參數53
• 4.2 主電路設計53-62
• 4.2.1 功率管選型與緩沖電路設計54-55
• 4.2.2 參數計算55-57
• 4.2.3 主板設計57-62
• 4.3 控制電路設計62-72
• 4.3.1 電源系統(tǒng)設計63-65
• 4.3.2 AD 采樣調理電路65-67
• 4.3.3 保護和過零檢測電路67-70
• 4.3.4 繼電器驅動電路70-72
• 5 1KW 單相并網光伏發(fā)電系統(tǒng)程序設計與系統(tǒng)實驗72-87
• 5.1 數字 PWM 程序設計72-74
• 5.2 數字 PID 程序設計74-76
• 5.3 MPPT 程序設計76-78
• 5.4 同步鎖相程序78-79
• 5.5 FIR 濾波程序設計79-83
• 5.5.1 FIR 基本原理79-80
• 5.5.2 FIR 的 FDATOOL 輔助設計80
• 5.5.3 FIR 的程序設計與實驗驗證80-83
• 5.6 系統(tǒng)實驗83-87
• 6 基于粒子群多峰值 MPPT 算法的光伏發(fā)電系統(tǒng)研究87-99
• 6.1 局部遮蔭問題87-88
• 6.2 粒子群 MPPT 算法原理88-90
• 6.3 粒子群 MPPT 算法實現與程序設計90-92
• 6.4 粒子群多峰值 MPPT 算法的光伏系統(tǒng)仿真實驗92-99
• 6.4.1 串聯式系統(tǒng)的光伏電池物理模型92-93
• 6.4.2 粒子群多峰值 MPPT 算法的仿真驗證93-99
• 結論99-101
• 參考文獻101-105
• 附錄 A 主板接口定義表105-106
• 附錄 B DSP 端口資源分配表106-107
• 附錄 C 粒子群 MPPT 算法的 MATLAB 程序107-109
• 附錄 D 實驗系統(tǒng)實物圖109-110
• 作者簡歷110-112
• 學位論文數據集112-113

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