太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的分析與研究

【摘要】： 隨著全球能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴重,開發(fā)利用清潔的可再生能源勢在必行。太陽能是當前世界上最清潔、最現(xiàn)實、大規(guī)模開發(fā)利用最有前景的可再生能源之一。其中太陽能光伏利用受到世界各國的普遍關(guān)注,而太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能光伏利用的主要發(fā)展趨勢,必將得到快速的發(fā)展。此外,高性能的數(shù)字信號處理芯片(DSP)的出現(xiàn),使得一些先進的控制策略應用于光伏并網(wǎng)逆變器成為可能。本論文就是在此背景下,對太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的核心器件并網(wǎng)逆變器進行了較為深入的研究,具有重要的現(xiàn)實意義。 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的兩個核心部分是太陽能電池板的最大功率點跟蹤(MPPT)控制和光伏并網(wǎng)逆變控制。 首先,本文對太陽能電池的工作原理及工作特性進行介紹,詳細分析太陽能電池工作的等效電路和數(shù)學模型。 其次,本文對幾種傳統(tǒng)的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法進行了研究、分析和比較,提出各自優(yōu)缺點?；谧畲蠊β矢欉^程的快速性和穩(wěn)定性,設(shè)計采用改進的間歇掃描法來實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽能電池的最大功率輸出,以提高系統(tǒng)的性能和最大功率點跟蹤速度。 再次,針對既可獨立運行又可并網(wǎng)運行的單相光伏逆變器,本文采用有效值外環(huán)、瞬時值內(nèi)環(huán)的控制方法,既保證了逆變器輸出的靜態(tài)誤差為零,又保證了逆變器良好的輸出波形。給出了同時滿足獨立和并網(wǎng)兩種運行模式的輸出濾波器結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的計算過程,并通過仿真和實驗驗證了設(shè)計的合理性。 隨后,詳細討論了并網(wǎng)過程中的軟件鎖相環(huán)技術(shù),對鎖相環(huán)電路的組成、工作原理進行了研究,實驗結(jié)果表明此方法可靠有效,能使逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓完全同相,達到功率因數(shù)為1的目的。 最后,采用TI公司的TMS320LF2407A作為主控芯片,研制完成1.5kW實驗樣機,分別得出了獨立運行和并網(wǎng)運行時的實驗結(jié)果,結(jié)果表明,所采用的控制策略和設(shè)計的硬件電路能夠滿足設(shè)計要求,系統(tǒng)可安全、穩(wěn)定運行。 【關(guān)鍵詞】：光伏 并網(wǎng)發(fā)電 最大功率點跟蹤(MPPT) 軟件鎖相環(huán) 雙環(huán)控制
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 課題的研究背景及意義8-9
• 1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電在國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展9-11
• 1.3 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的分類和基本原理11-12
• 1.4 系統(tǒng)總體方案12
• 1.5 本文主要的研究內(nèi)容12-14
• 第二章 光伏電池模型及最大功率跟蹤算法14-23
• 2.1 太陽能電池的工作原理及基本特性14-17
• 2.1.1 太陽能電池的等效電路及數(shù)學模型14-15
• 2.1.2 太陽能電池的I-V 輸出特性15
• 2.1.3 日照強度和結(jié)溫對太陽能電池輸出特性的影響15-16
• 2.1.4 串聯(lián)電阻的影響16-17
• 2.2 最大功率點跟蹤的原理17-18
• 2.3 最大功率點跟蹤（MPPT）的研究進展18-19
• 2.3.1 MPPT 在電力電子技術(shù)應用方面的研究進展18
• 2.3.2 MPPT 在控制理論方面的研究進展18-19
• 2.4 幾種最大功率點跟蹤方法的比較19-20
• 2.4.1 定電壓跟蹤法（Constant Voltage Tracking，CVT）19
• 2.4.2 擾動觀察法（Perturb and observe，PAO）19
• 2.4.3 電導增量法（Incremental Conductance Algorithm，ICA）19
• 2.4.4 其它MPPT 方法19-20
• 2.5 DC/DC 電路的MPPT 功能實現(xiàn)20-22
• 2.5.1 DC/DC 電路拓撲的選取20-21
• 2.5.2 光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率控制方法21-22
• 2.6 小結(jié)22-23
• 第三章 光伏并網(wǎng)逆變器控制策略的研究23-40
• 3.1 光伏并網(wǎng)逆變器的分類24
• 3.2 光伏并網(wǎng)逆變器控制目標24-25
• 3.3 并網(wǎng)逆變器常用控制方法25-27
• 3.4 基于SPWM 的電壓/電流型并網(wǎng)逆變器控制的研究27-35
• 3.4.1 控制系統(tǒng)數(shù)學模型27-29
• 3.4.2 PI 參數(shù)的設(shè)計29-31
• 3.4.3 控制系統(tǒng)的仿真31-33
• 3.4.4 控制系統(tǒng)的誤差分析33
• 3.4.5 基于SPWM 的電壓/電流型并網(wǎng)逆變器的控制方法33-35
• 3.5 并網(wǎng)逆變器中同步鎖相環(huán)的研究35-39
• 3.5.1 軟件鎖相環(huán)的基本原理36-37
• 3.5.2 基于光伏并網(wǎng)控制的軟件鎖相環(huán)的工作原理37
• 3.5.3 并網(wǎng)控制中的鎖相算法分析37-39
• 3.6 小結(jié)39-40
• 第四章 基于DSP 的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)軟硬件設(shè)計40-60
• 4.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)硬件設(shè)計40-51
• 4.1.1 系統(tǒng)技術(shù)指標40
• 4.1.2 BOOST 電路主要參數(shù)設(shè)計40-43
• 4.1.3 DC/AC 電路主要參數(shù)設(shè)計43-46
• 4.1.4 系統(tǒng)控制電路的設(shè)計46-50
• 4.1.5 印制板電磁兼容的設(shè)計50-51
• 4.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)軟件設(shè)計51-59
• 4.2.1 TMS320LF2407A 功能介紹51-52
• 4.2.2 系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計52
• 4.2.3 系統(tǒng)主程序流程圖52-54
• 4.2.4 定時器中斷子程序54-55
• 4.2.5 軟件鎖相環(huán)的設(shè)計55-58
• 4.2.6 MPPT 軟件實現(xiàn)58-59
• 4.2.7 控制系統(tǒng)軟件抗干擾措施59
• 4.3 小結(jié)59-60
• 第五章 實驗與仿真結(jié)果分析60-66
• 5.1 MPPT 仿真結(jié)果與分析60-61
• 5.2 逆變部分仿真與實驗61-65
• 5.2.1 系統(tǒng)仿真61-62
• 5.2.2 系統(tǒng)實驗62-65
• 5.3 小結(jié)65-66
• 總結(jié)與展望66-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-73
• 附錄Ⅰ：相關(guān)硬件電路73-75
• DSP 及其外圍電路73-74
• 開關(guān)電源74-75
• 附錄Ⅱ：部分源程序75-78
• 附錄Ш：作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文78

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