太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生正弦波的優(yōu)化研究

【摘要】：能源是人類社會生存和發(fā)展的動力源泉。當(dāng)今,各種節(jié)能的科學(xué)技術(shù)正在快速的發(fā)展。太陽能的開發(fā)利用步伐在這種潮流當(dāng)中也迅速發(fā)展。關(guān)于太陽能的開發(fā)利用,太陽能的光伏發(fā)電利用是其的一個主要組成部分。 太陽能的光伏發(fā)電主要利用了太陽能輻射能量,通過太陽能光伏陣列收集輻射能量,進(jìn)而將輻射能量轉(zhuǎn)換為電能,這些電能通過電能收集裝置儲存起來或者直接通過逆變器轉(zhuǎn)換為工頻電能饋送到電網(wǎng)。本文針對并網(wǎng)運(yùn)行的單相光伏逆變器,采用有效的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)外環(huán)、瞬時值的比例-諧振(PR)控制算法的電流內(nèi)環(huán),既保證了并網(wǎng)逆變器輸出的正弦波零靜態(tài)誤差,又保證了逆變器的輸出正弦波形的質(zhì)量(THD)。為此,論文主要對系統(tǒng)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制方法以及并網(wǎng)過程中的正弦波電流和反孤島保護(hù)等技術(shù)進(jìn)行了分析研究。 本文首先針對太陽能的光伏發(fā)電現(xiàn)狀進(jìn)行分析,表明現(xiàn)在太陽能光伏發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù),總結(jié)了一些關(guān)于單相并網(wǎng)逆變器的基本原理和逆變器發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并指出太陽能光伏陣列的轉(zhuǎn)換效率是可以充分地提高的,其關(guān)鍵的技術(shù)是最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法。通過該算法,整套太陽能發(fā)電系統(tǒng)的太陽能利用效率會得到相當(dāng)大的提高。 其次,太陽能逆變器的核心是控制器算法。本文比較各種電流環(huán)控制算法而提出采用比例諧振(PR)控制算法的逆變器,它的跟蹤曲線比傳統(tǒng)的采用PI控制算法的逆變器好。而根據(jù)自動控制理論的方法,它的參數(shù)整定也是較為容易的,只要遵循幾條基本原則即可獲得較為理想的控制效果。針對本文的研究對象(正弦波優(yōu)化問題),比例諧振(PR)控制算法正是非常合適的,該算法與傳統(tǒng)的比例積分(PI)算法相比較,PR算法擁有了算法簡單且容易調(diào)整參數(shù)的特點(diǎn),而且PR算法特別地針對正弦波給定的對象,可以提供一個頻率上的較大增益,滿足生成正弦波(50Hz)的苛刻需求。因而,本文主要針對比例諧振(PR)算法進(jìn)行展開,分析算法的特點(diǎn)與參數(shù)整定步驟,進(jìn)而通過MATLAB仿真的措施進(jìn)行算法驗(yàn)證。 最后,針對正弦波的優(yōu)化問題,本文進(jìn)行具體硬件上的因數(shù)討論,如電磁兼容、電路信號檢測、逆變器H橋的驅(qū)動問題等。通過分析各個區(qū)域硬件的組成,比較各種功能相似而硬件組成不同的電路結(jié)構(gòu),表明本文的硬件結(jié)構(gòu)是為了盡量提高輸出電流波形質(zhì)量而采取的辦法,雖然電路結(jié)構(gòu)有簡單的也較復(fù)雜的,但是從研究出來的實(shí)際電流波形看來,電路結(jié)構(gòu)是正確的,合理的。 【關(guān)鍵詞】：并網(wǎng)逆變器 比例諧振算法 并網(wǎng)電流波形
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-15
• 1.1 引言11-12
• 1.2 光伏發(fā)電的現(xiàn)狀12-13
• 1.3 太陽能光伏發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)13
• 1.4 本文所做的工作13-15
• 2 單相并網(wǎng)逆變器的基本原理及技術(shù)15-24
• 2.1 單級式與雙級式15-16
• 2.2 逆變器系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)16-18
• 2.3 最大功率點(diǎn)跟蹤18-20
• 2.4 并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)及其控制方法20-23
• 2.4.1 并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)20-21
• 2.4.2 電流滯環(huán)控制方法21-22
• 2.4.3 電流內(nèi)環(huán)的軟件控制方法22-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 3 光伏電池板陣列最大功率點(diǎn)跟蹤方法研究24-29
• 3.1 常規(guī)尋找最大功率點(diǎn)的方法介紹24-27
• 3.1.1 非自尋優(yōu)算法24-25
• 3.1.2 自尋優(yōu)算法25-27
• 3.2 變步長的擾動觀測方法27-28
• 3.3 本章小結(jié)28-29
• 4 孤島檢測方法的研究29-34
• 4.1 孤島產(chǎn)生的起源及其保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)29-30
• 4.2 孤島常規(guī)的檢測方法30-32
• 4.2.1 主動式檢測方法30
• 4.2.2 被動式檢測方法30-32
• 4.3 過/欠壓和過/欠頻檢測32-33
• 4.4 本章小結(jié)33-34
• 5 逆變器軟件控制器設(shè)計34-46
• 5.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)34
• 5.2 并網(wǎng)型的逆變器結(jié)構(gòu)及其控制理論34-37
• 5.3 單相并網(wǎng)型逆變器的同步信號形成方法37-40
• 5.3.1 正弦波數(shù)據(jù)表法38-39
• 5.3.2 采樣法39-40
• 5.4 單相并網(wǎng)型逆變器的控制方法40-44
• 5.4.1 電流滯環(huán)控制42
• 5.4.2 比例積分控制42-44
• 5.4.3 比例諧振控制44
• 5.5 本章小結(jié)44-46
• 6 比例諧振電流控制器46-53
• 6.1 比例諧振控制器的設(shè)計理念46-48
• 6.2 比例諧振控制器的組成與分析48-51
• 6.2.1 比例諧振控制器的開環(huán)傳遞函數(shù)48-50
• 6.2.2 比例諧振控制器的參數(shù)整定50-51
• 6.3 本章小結(jié)51-53
• 7 逆變器的硬件電路設(shè)計53-68
• 7.1 逆變器電路的設(shè)計53-63
• 7.1.1 逆變器的電磁兼容分析53-55
• 7.1.1.1 接地54
• 7.1.1.2 工作電源的電磁兼容54-55
• 7.1.2 逆變器的DSP控制模塊55-60
• 7.1.2.1 微控制器DSP55
• 7.1.2.2 數(shù)據(jù)采集通道55-56
• 7.1.2.3 隔離與驅(qū)動56-58
• 7.1.2.4 保護(hù)電路58-59
• 7.1.2.5 控制信號的脈寬限制電路59-60
• 7.1.3 逆變器的主電路功率模塊60-63
• 7.2 主電路的硬件參數(shù)考慮與調(diào)整63-67
• 7.2.1 逆變器的功率等級考慮64
• 7.2.2 逆變器輸出波形的濾波方案64-65
• 7.2.3 逆變器PCB的抗干擾設(shè)計65-67
• 7.3 本章小結(jié)67-68
• 8 單相單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)果68-72
• 8.1 逆變器的實(shí)驗(yàn)環(huán)境及設(shè)備68
• 8.2 逆變器的并網(wǎng)運(yùn)行狀況68-70
• 8.3 逆變器的電流波形的諧波分析70-72
• 9 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-76
• 致謝76-77
• 附錄77-81

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