光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的研究及應用

【摘要】： 隨著世界各國經濟的迅猛發(fā)展,非再生能源的利用量與日俱增,能源危機、環(huán)境惡化越來越嚴重,業(yè)已成為全人類面臨的最大的問題,在這樣一種嚴峻的形式下,人們開始著力研究開發(fā)可再生、無污染的能源。太陽能是地球上蘊藏最為豐富,是非再生能源的主要替代品之一,是人類可以直接利用的無污染的能源之一,因此開發(fā)利用太陽能具有重大的戰(zhàn)略意義,光伏發(fā)電技術是太陽能應用領域一項非常重要的技術,是研究開發(fā)太陽能的必然發(fā)展趨勢,它已經成為最為熱門的能源話題。 本文主要研究光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器控制方法以及拓撲結構。由于光伏電池的價格高,而轉換效率比較低,為了降低整個發(fā)電系統(tǒng)的造價和高效地利用太陽能,光伏系統(tǒng)的核心——逆變器的轉化效率成為了關鍵,而這個轉化效率只有通過改善其控制策略和優(yōu)化拓撲結構來實現(xiàn)。 根據(jù)實際情況,本文采用雙極式無變壓的系統(tǒng)結構,研究內容主要分成三塊: (1)直流側研究了光伏電池的原理以及輸出特性,建立電池的仿真模型,利用matlab/simulink仿真軟件模擬處于不同環(huán)境及不同日照強度下的太陽能電池輸出特性。仿真與實際測量數(shù)據(jù)進行對比,從而驗證了所建仿真模型的正確性,為后續(xù)整個系統(tǒng)的仿真奠定基礎;分析了各種最大功率跟蹤策略,選定電導增量法最為本文的MPPT策略,DC-DC環(huán)節(jié)采用BOOST升壓電路,對電路的工作原理進行了分析,選定各個元器件的型號以及參數(shù)。 (2)交流側逆變器的拓撲結構和控制策略是本文的重點,通過分析傳統(tǒng)逆變器橋式結構,發(fā)現(xiàn)其存在上下橋臂直通等一些缺陷,為改善這些缺陷,提出一種雙BUCK逆變結構;詳細地研究了滯環(huán)PWM、固定頻率PWM等多種并網(wǎng)逆變器的控制策略,通過分析,提出了正弦環(huán)寬的電流滯環(huán)控制策略和三環(huán)控制策略;交流側濾波器的設計也是本文的研究問題之一,通過一系列的數(shù)學原理分析,選定常規(guī)的LC濾波器,確定了其參數(shù)大小。 (3)仿真實驗及硬件的設計基于本文提出的兩種控制策略,利用MATLAB對整個系統(tǒng)建立仿真模塊,進行仿真分析,從仿真及實驗結果中可以看出,逆變系統(tǒng)實現(xiàn)了輸出功率因數(shù)接近1的目標。建立一套1.5KW的光伏并網(wǎng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng),所有的檢測數(shù)據(jù)都通過DSP來控制處理,實驗結果表明本文采用的控制策略和設計方法是可行有效的,主電路和控制電路的設計是合理的。 【關鍵詞】：光伏并網(wǎng)逆變器 固定頻率的滯環(huán)控制 電壓空間矢量 最大功率跟蹤
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-4
• 第1章 緒論4-15
• 1.1 光伏發(fā)電的背景及意義9-10
• 1.2 光伏發(fā)展現(xiàn)狀和前景10-12
• 1.2.1 光伏發(fā)展的現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 光伏發(fā)展的前景11-12
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡單介紹12-14
• 1.4 本文的主要工作14-15
• 第2章 直流側工作原理與設計15-25
• 2.1 光伏電池的基本工作原理與輸出特性15-18
• 2.1.1 光伏電池基本原理15-17
• 2.1.2 光伏電池的輸出特性17-18
• 2.2 最大功率跟蹤(MPPT)控制器的設計18-24
• 2.2.1 BOOST 升壓電路實現(xiàn)最大功率跟蹤的原理19-20
• 2.2.2 MPPT 控制策略20-24
• 2.3 小結24-25
• 第3章 并網(wǎng)逆變器的拓撲結構與控制策略25-43
• 3.1 并網(wǎng)逆變器的拓撲結構25-31
• 3.1.1 傳統(tǒng)橋式拓撲25-28
• 3.1.2 雙BUCK 拓撲結構28-31
• 3.2 并網(wǎng)逆變器的控制策略31-42
• 3.2.1 幾種常規(guī)的控制策略31-32
• 3.2.2 改進的滯環(huán)電流控制策略32-42
• 3.2.2.1 三態(tài)滯環(huán)控制32-37
• 3.2.2.2 正弦環(huán)寬的電流滯環(huán)控制37-38
• 3.2.2.3 三環(huán)控制38-42
• 3.3 小結42-43
• 第4章 仿真實驗43-53
• 4.1 仿真軟件簡介43
• 4.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型43-48
• 4.2.1 光伏電池仿真模型43-46
• 4.2.2 交流電網(wǎng)模塊的搭建46-48
• 4.3 單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的仿真結果及分析48-52
• 4.4 小結52-53
• 第5章 試驗樣機的硬件設計53-68
• 5.1 主電路關鍵部件的參數(shù)設計53-59
• 5.1.1 功率開關器件的選擇54-55
• 5.1.2 BOOST 電路中電感的設計55-57
• 5.1.3 DC-link 電容值的設定57
• 5.1.4 交流側濾波器的的設計57-59
• 5.2 系統(tǒng)控制電路的設計59-65
• 5.2.1 DSP 的選型59-61
• 5.2.2 驅動電路設計61-62
• 5.2.3 信號采樣電路的設計62-64
• 5.2.4 系統(tǒng)保護電路64-65
• 5.3 系統(tǒng)的軟件設計65-66
• 5.3.1 主程序65
• 5.3.2 PWM 中斷子程序和CAP 捕獲中斷子程序65-66
• 5.4 樣機的實驗結果66-67
• 5.5 小結67-68
• 第6章 總結68-69
• 6.1 本論文的貢獻68
• 6.2 進一步的工作68-69
• 參考文獻69-72
• 致謝72-73
• 個人簡歷、攻讀碩士學位期間所發(fā)表的學術論文與研究成果73

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