太阳能光伏并网发电系统的优化设计与控制策略研究

【摘要】： 世界能源危机和环境问题使得开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展成为人类必须采取的措施。而随着太阳能电池和电力电子技术的不断进步，太阳能光伏发电得到了长足的发展并已成为新能源利用的主流之一。当前，光伏发电不断向低成本、高效率和高功率密度方向发展，太阳能光伏利用的主要形式将是并网发电系统。高性能的数字信号处理器芯片DSP的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网的控制成为可能。 本论文研究太阳能光伏并网发电系统，从成本、可靠性和效率的角度出发，主要对系统的结构和控制算法进行了深入地探究。 论文首先确定了光伏并网发电系统的电网接口标准和所需设计的逆变器规格，然后对现阶段最具代表性的光伏并网逆变系统结构进行了分析对比，通过归纳总结，提出了一种双全桥光伏并网逆变器结构。在此基础上对逆变器每一细节进行了深入研究：提出了基于虚拟电阻法的输出滤波器性能优化，得到低成本、高可靠性和高效率的逆变器结构。 论文研究了光伏阵列模块，根据入射太阳光光照强度与所产生电流之间的关系，对光伏阵列模块的相关特性，如部分遮挡、光伏模块终端的电压／电流纹波，进行了理论研究，通过仿真软件对光伏阵列模块的各种特性进行了仿真模拟。根据光伏阵列模块的数学模型，本文提出了一种新的最大功率点跟踪MPPT(Maximum Power Point Tracking)算法——基于开关面零均值动态准滑模MPPT控制算法，以滑模面周期积分为零代替滑模面为零，解决了滑模控制开关频率不固定，滑模MPPT控制会在最大功率点附近抖动的问题；结合局部扫描法，使得MPPT控制简单易行，响应迅速，鲁棒性较强，开关频率固定，适用于部分遮挡和光照强度变化剧烈的场合，使得光伏并网发电系统能够尽可能大地从光伏阵列模块中获得太阳能能量，通过仿真和实验分析验证了所提方法的具有高精度和高效性。 为了使直流端电压尽可能的小，论文对直流端电压参考值的选取进行了研究，提供了直流端电压的计算方法，减小了MOSFET管的开关损耗，保护了直流端的电解电容。在此基础上，提出了基于单周期离散比例积分PI(Proportion Integral)的直流端电压控制，使得交流跟踪电流参考值基于光伏模块产生的电流值，这样可以方便地调节光伏模块的工作点。 论文提出了基于Walsh的特定消谐脉宽调制的电网电流控制器，减小了光伏并网逆变器的开关次数和系统损耗，并可控制输出电网电流谐波。为了减小注入电网的电流谐波，论文还简要地对死区时间效应进行了比较分析，研究了不同的死区时间对电网电能质量的影响，为死区时间补偿提供了理论依据。从用电安全与电能质量考虑，研究了快速安全的孤岛效应检测控制方法，分析了太阳能光伏发电系统直接并网时的安全保护问题，保证了整个系统的高效安全运行。 在理论研究的基础上，本论文研制出光伏并网发电系统实验样机，同时比较了实际实现与设计之间的差别。对光伏并网发电系统的整个系统性能，包括电网与逆变器接口性能以及光伏模块与逆变器接口性能进行了多项实验研究。实验结果验证了太阳能光伏并网发电系统拓扑结构及控制算法的正确性、可行性和高效性。 最后对论文进行了总结，并提出了一些有待于进一步研究的问题。 【关键词】：太阳能光伏并网发电 最大功率点跟踪 单周期离散比例积分控制器 滑模面零动态均值准滑模控制 Walsh变换 特定消谐脉宽调制 孤岛效应
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 太阳能光伏发电的背景及意义11-12
• 1.2 太阳能光伏发电的历史和研究现状12-15
• 1.2.1 光伏发电历史12
• 1.2.2 国外光伏发电技术的现状12-14
• 1.2.3 我国太阳能光伏发电的现状14-15
• 1.3 太阳能光伏并网发电系统的发展15-22
• 1.3.1 太阳能光伏并网逆变器的发展16-20
• 1.3.2 太阳能光伏并网发电系统控制策略的发展20-22
• 1.4 论文的课题背景和主要研究内容22-25
• 第二章 光伏并网逆变器结构的比较与优化设计25-52
• 2.1 光伏并网发电系统对逆变器的要求25-28
• 2.1.1 电网对逆变器的要求26
• 2.1.2 光伏阵列模块对逆变器的要求26-27
• 2.1.3 用户对逆变器的要求27
• 2.1.4 光伏逆变器的主要性能指标27-28
• 2.2 各种光伏并网逆变器结构的比较28-41
• 2.2.1 高频链逆变器结构29-34
• 2.2.2 直流链逆变器结构34-38
• 2.2.3 比较和选择38-41
• 2.3 光伏并网逆变器结构的优化设计41-50
• 2.3.1 并网DC-AC逆变器41-48
• 2.3.2 与光伏阵列模块连接的DC-DC变换器48-50
• 2.4 本章小结50-52
• 第三章 光伏阵列模块特性及最大功率点跟踪52-84
• 3.1 光伏阵列模块特性52-64
• 3.1.1 光伏电池的工作原理52-54
• 3.1.2 光伏电池的等效模型54-59
• 3.1.3 光伏阵列模块特性59-64
• 3.2 最大功率点跟踪(MPPT)64-67
• 3.2.1 定填充系数法65
• 3.2.2 扫描法65
• 3.2.3 干扰观测法65-66
• 3.2.4 电导增量法66-67
• 3.3 基于滑模面零均值动态的准滑模MPPT控制方法67-83
• 3.3.1 原理68-76
• 3.3.2 操作方式76-80
• 3.3.3 仿真结果80-83
• 3.4 本章小结83-84
• 第四章 光伏并网发电系统的控制器设计84-114
• 4.1 直流端电压控制85-90
• 4.1.1 直流端电压参考85-87
• 4.1.2 直流端电压控制器87-88
• 4.1.3 仿真结果88-90
• 4.2 DC-AC逆变器的控制90-102
• 4.2.1 正弦波脉宽调制(SPWM)技术90-92
• 4.2.2 特定消谐(SHE)PWM技术92-93
• 4.2.3 Walsh变换93-94
• 4.2.4 Walsh域与傅立叶域之间的转换94-96
• 4.2.5 Walsh函数表示的逆变器SHE的消谐模型96-97
• 4.2.6 基于Walsh的SHE算法简例97-101
• 4.2.7 逆变器的控制101
• 4.2.8 仿真结果101-102
• 4.3 锁相环(PLL)102-107
• 4.3.1 锁相环原理102-105
• 4.3.2 仿真结果105-107
• 4.4 死区时间补偿107-109
• 4.5 孤岛检测和保护109-112
• 4.6 本章小结112-114
• 第五章 太阳能光伏并网发电系统实验与分析114-130
• 5.1 主电路114-115
• 5.2 控制系统的硬件结构115-119
• 5.2.1 控制系统整体结构115-116
• 5.2.2 电压电流采样电路116-117
• 5.2.3 TMS320LF2407A模块117-118
• 5.2.4 复杂可编程逻辑器件(CPLD)118-119
• 5.3 几组系统实验119-128
• 5.3.1 最大功率点跟踪实验119-122
• 5.3.2 光伏功率输入为阶跃和斜坡信号时的实验122-123
• 5.3.3 电网电流性能实验123-124
• 5.3.4 死区时间与电网电流影响的实验124-126
• 5.3.5 涌入电流测试实验126
• 5.3.6 孤岛保护测试实验126-127
• 5.3.7 光伏发电系统稳态效率测试127-128
• 5.4 本章小结128-130
• 第六章 总结与展望130-134
• 6.1 总结130-132
• 6.2 成果132-133
• 6.3 待续工作133-134
• 参考文献134-141
• 致谢141-142
• 攻读博士学位期间主要的研究成果142

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于变步长电导增量的光伏阵列MPPT控制策略的优化    刘敏安;王佳佳;陈湘;刘长清;

光伏电站低电压穿越技术要求与实现    陈波;朱晓东;施涛;曲立楠;

可再生能源分布式发电系统建模综述    黄汉奇;毛承雄;王丹;陆继明;张步涵;

基于光伏系统低电压穿越的无功控制策略    陈波;朱凌志;朱晓东;

新型光伏逆变器及其前馈功率预测控制    郭镥;罗安;黎燕;彭双剑;

太阳能光伏发电中几个关键技术    杨富文;吴志鹏;卿湘运;

太阳能光伏发电风险评价    李伟;李世超;王丹;

光伏并网技术及并网影响综述    艾斯卡尔;唐彬伟;

光伏发电系统的MATLAB设计与仿真    张欢欢;

基于DSP的太阳能并网逆变器控制系统研究    纪鹏;王伟;

基于学习曲线的风力、光伏发电成本分析与接入智能电网的时机、规模预测    郭晖;

基于学习曲线的风力、光伏发电成本分析与接入智能电网的时机、规模预测    郭晖;

基于学习曲线的风力、光伏发电成本分析与接入智能电网的时机、规模预测    郭晖;

太阳能辅助燃煤发电系统热力特性研究    阎秦

小型光伏系统及其关键问题研究    胡义华

太阳能交流模块逆变器及其控制技术的研究    谭光慧

光伏发电系统中Z源逆变器的控制技术研究    陈艳

太阳能光伏发电单相并网逆变器研究    李本元

单级式光伏并网发电系统与MPPT的研究与实现    顾雪霏

计及感应电动机负荷的光伏并网系统的小干扰稳定性分析    田华

10kW光伏并网逆变器的研制    刘志强

户用光伏发电系统控制策略的研究    董博

微网系统中孤岛效应检测方法的研究    毛晓坡

光伏发电并网控制及其暂态过程研究    宋代春

光伏并网发电逆变系统的研究    王天意

影响江西省光伏产业发展的因素研究    吕秀

并网光伏发电系统对配电网影响的研究    石振刚

最大功率跟踪的光伏并网逆变器研究    杨海柱,金新民

采用电流滞环调节器的电压矢量控制PWM整流器系统    赵振波,李和明,董淑惠

一种单片机无差拍控制逆变器系统研究    张凯,康勇,熊健,陈坚

太阳能光伏技术的研究与发展    薛钰芝,张力,林纪宁

一种用于光伏发电系统的新型高频逆变器    张超,何湘宁

分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述    梁有伟,胡志坚,陈允平

滞环比较PWM跟踪控制分析    雷元超,陈春根,陈国呈

我国太阳能光伏产业发展形势和思考    赵玉文

硅太阳电池工程用数学模型    苏建徽,余世杰,赵为,吴敏达,沈玉梁,何慧若

风-光-柴-蓄复合发电及智能控制系统实验装置    茆美琴,余世杰,苏建徽,沈玉梁,赵为,周毅人,何慧若

三相光伏并网发电系统的建模与仿真    陶晓峰;谢君;

储能技术在分布式发电中的应用    严俊;赵立飞;

适用于农网的中小功率风力发电电源研究    汪洋;成立;

100kW风光互补电站设计    杨帮宇;

光伏并网发电的最大功率点跟踪算法研究    王桂英;史金玲;纪飞;王欢;

太阳能光伏模块电气特性的数学建模与仿真    戴训江;晁勤;

太阳电池的负载匹配理论与负载变换技术    王康模;陈长缨;于志刚;刘兴华;刘小冲;赵俊;

ITO/Si/Al结构太阳电池pn结光电特性仿真研究    施敏;王强;孙玲;

基于电流单参量控制的MPPT系统的设计    洪岳;陈长缨;王康模;邓韡;傅倩;

基于PSIM的光伏模块建模与电气特性仿真    刘俊杰;张新燕;

太阳能光伏阵列的温度与红外特性分析    王培珍;

基于OIF-Elman网络的光伏电源最大功率点跟踪方法研究    苏刚;龚威;潘雷;高瑞;王贝贝;

一种基于dp/dv=0的最大功率跟踪控制策略    荣延泽;刘士荣;毛军科;李松峰;

光伏发电最大功率跟踪控制方法的研究    李星辰;王琳;

双向AD/DC变换器对直流微电网母线电压的控制策略研究    王毅楠;苏适;朱晓荣;刘东;许丹莉;

基于PSIM9.0的单相光伏逆变系统的仿真研究    孙冰;白树忠;郑世松;

基于频率偏移法的光伏并网逆变器孤岛检测    陈曦;李亚楠;陈阿莲;杜春水;张承慧;

光伏并网给定电流幅值偏移的孤岛检测方法    郑世松;孙冰;王玉斌;

含蓄电池储能的光伏并网发电系统的建模与仿真    董旭柱;雷金勇;饶宏;黄晓东;刘怡;李鹏;

安徽首座变电站光伏并网发电系统的研究与应用    谢红福;何鸣;张可;王晓;

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

SOFC固体氧化物燃料电池分布式发电系统仿真及其潮流计算    刘杨华

考虑分布式发电的配电网综合负荷建模方法研究    钱军

我国太阳能光伏产业投资风险及决策研究    朱震宇

光伏发电关键技术及电动汽车充电站可靠性研究    于蓉蓉

反型聚合物太阳能电池的研究    李福民

微网控制及小信号稳定性分析与能量管理策略    苏玲

微网谐波振及电压暂降的评估与控制    雷之力

新型分布式供能系统热力特性研究    王锡

基于软开关PWM技术的光伏逆变器的研究与设计    曹建

用于矿灯充电的独立光伏系统研究    毛娟

太阳能光伏发电单相并网逆变器研究    李本元

太阳能LED照明系统控制器的设计    杜守增

感应电机矢量控制系统研究与实现    葛金法

太阳能电池用α-SiC_x:H薄膜的制备与性能研究    张瑞丽

光伏发电系统自适应控制研究    李亭

基于桥检车的驻车充电站系统的设计实现    杨光

用于城市公交车的能量再利用智能控制系统的研制    谢玉录

光伏并网发电系统的MPPT及孤岛检测新方法的研究    于希洋

太阳能光伏发电技术现状及产业发展    孟强;

我国太阳能技术发展概况与应用前景    熊巍;张存泉;

光伏系统设计思路及注意事项    王润波;

浅析太阳电池并网发电技术    殷洪亮;吕建;

各国光伏路线图与光伏发电的进展    杨金焕;邹乾林;谈蓓月;葛亮;陈中华;

国内外光伏发电的新进展    昌金铭;

我国光伏产业发展现状简析之一    李雷;

光伏电站系统优化设计及实际设计中相关问题的处理    丁(山丁);崔容强;

太阳能光伏模块电气特性的数学建模与仿真    戴训江;晁勤;

铝背场对单晶硅太阳电池输出特性的影响    周继承;李斐;陈勇民;赵保星;

太阳能光伏电池输出特性分析与仿真研究    杜慧;林永君;张少伟;

可再生能源在青岛地区的应用    胡松涛;李绪泉;施志钢;田郁;陈茂科;霍尚龙;

一种新型的最大功率跟踪实现方法在太阳能充电器中的应用    岳新苗;吴捷;张先勇;

我国太阳能光伏产业投资风险及决策研究    朱震宇

基于LCL滤波器的单相并联有源滤波器控制技术研究    唐诗颖

光伏发电高效利用的关键技术研究    肖华锋

电力系统谐波、无功和负序电流综合补偿的研究    高大威

单级高频链逆变技术研究    李伟

光伏水泵系统及其控制的研究    苏建徽

太阳能光伏并网发电系统的研究    赵为

PWM整流器及其控制策略的研究    张兴

基于重复控制理论的逆变电源控制技术研究    陈宏

独立光伏系统中蓄电池管理的研究    欧阳名三

光伏并网发电系统的MPPT及孤岛检测新方法的研究    于希洋

光伏发电系统最大功率点跟踪算法研究及实现    黄克亚

模糊控制在光伏最大功率追踪预测中的应用与研究    陈亚峰

光伏发电并网系统中的逆变技术研究    王彬

光伏系统设计及最大功率点跟踪算法的研究与实现    朱丛

基于MPPT的风光互补控制器的研制    费韩

基于DSP的有源滤波装置谐波检测及其控制策略的研究    邢雪菲

基于多智能Agent的建筑能源管理与优化    张琳

光伏并网系统最大功率跟踪及反孤岛运行控制方法研究    曹建博

10kW光伏并网逆变器的研制    刘志强

分布式发电中燃料电池并网的建模及其仿真    程站立;陈维荣;戴朝华;李艳昆;刘小强;

变结构双馈风机的低电压穿越能力    邹文仲;袁越;季泽宇;傅质馨;

直驱永磁风电场并网运行的小干扰稳定性分析    刘严;袁越;傅质馨;

以光伏为主体的分布式发电系统并网体系结构的研究    华嘉成;苑仁峰;艾芊;刘丽霞;

基于改进下垂控制的微网运行控制策略    徐瑞林;徐鑫;郑永伟;陈民铀;李闯;

光伏并网逆变器SVPWM双滞环低电压穿越控制    茹心芹;王俊辉;

基于多层面同构的船舶智能电网理论体系研究    孙玉伟;严新平;袁成清;汤旭晶;徐立;

抑制微网中谐波电流的逆变器控制策略研究    费科;吴在军;朱皓斌;杨文燮;

同步发电机模型在MMC并网控制中的应用    刘喜梅;陈朋;张群;赵倩;

SPSVPWM-deadbeat并网控制策略研究    杜蘅;吴雷;徐鹏;

抑制风电对电网影响的储能系统优化配置及控制研究    李军徽

海洋环境下船用太阳能光伏系统特性研究    孙玉伟

三相三电平光伏并网发电系统中若干关键技术的研究    杨滔

基于Z源网络的三端口光伏系统研究    高志强

船用太阳能电池板玻璃盖片光学性能损伤效应研究    赵亮亮

风帆辅助推进装置及控制系统的建模与仿真研究    王立明

分布式储能对微网运行特性的作用研究    王中秋

多功能船用风帆设计及其特性研究    陈鲁愚

基于分区控制的光伏并网功率调节系统研究    吴春洋

新型光伏发电系统的研究    韩志强

光伏发电并网控制及其暂态过程研究    宋代春

基于粒子群算法优化BP神经网络的光伏系统最大功率点跟踪研究    郭亮

微网系统控制及能量管理策略研究    靳恒

智能社区运行模式的分析研究    袁思远

分布式供电和冷热电联产的前景    徐建中

三电平逆变器SHEPWM方法及其应用研究    张艳莉,费万民,吕征宇,姚文熙

三相PWM整流器研究    王勉华

并网运行PWM逆变器的控制方式    陈国呈,孙承波,周勤利

单相倍压 PWM AC-DC 整流器中的电流控制方法    沈安文,万淑云,王离九,赵金,张晓光

分布式发电及其对电力系统的影响    梁才浩,段献忠

电流滞环跟踪控制分析    马立华;陈伯时;

中国燃料电池的发展    毕道治

燃料电池现状与未来    衣宝廉

21世纪我国光伏产业发展战略思考    赵玉文

光伏建筑一体化并网发电系统的智能控制    单竹杰;

500W光伏并网逆变器设计    杨海柱;金新民;刘洁;

光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法    董密;罗安;

光伏并网发电系统几个关键问题的研究    李冬辉;王鹤雄;朱晓丹;李征;

基于Simulink的单相光伏并网逆变器仿真研究    毛洪生;毛行奎;裴昌盛;

新颖单相光伏并网逆变系统的仿真研究    张天瑜;

基于MATLAB的单相光伏并网逆变系统的设计    张天瑜;

一种太阳能电池最大功率点跟踪的算法研究    唐敏;任奇;

双支路太阳光伏并网型逆变器的研制    廖华;许洪华;

一种单相光伏系统并网策略研究    崔开涌;张翼;俞俊杰;陈国呈;

光伏并网发电技术综述    戴靖;何中一;邢岩;

独立光伏发电系统最大功率点跟踪控制    孙亚宁;

基于dsPIC的光伏并网发电系统研究    叶刚;

基于OIF-Elman网络的光伏电源最大功率点跟踪方法研究    苏刚;龚威;潘雷;高瑞;王贝贝;

谈谈切换问题的优化方法    韩颖;

屋顶并网光伏发电系统的研究与应用    王春明;王金全;刘文良;张红贤;

一种新型的光伏最大功率点跟踪拓扑    张超;何湘宁;

具有MPPT功能的太阳能充电器研究    孙超;郭勇;陈新;高华丽;

一种Walsh变换域的盲源分离算法    马明;王新军;

振兴东北老工业基地与长春城市发展对策研究——从孤岛效应走向蝴蝶效应    郑德高;王明田;

莫忽视困难群体的“孤岛效应”    吴学安

园区信息化何时走出“孤岛效应”？    顾汶

网络“漫游”消除孤岛效应    华钟

移动IP突破网络时代孤岛效应    陈立新

数字化建设遭遇“孤岛效应”    记者 吕福明

中心区公寓：资本狂追之下的“孤岛效应”    记者 蒋毅坤

豪华孤岛与地产商造城    华南理工大学建筑学院 杜宏武

中创信测全面备战无线网络优化    北京中创信测科技股份有限公司

个人信息保护应避免“孤岛效应”    单士兵

专家李光斗狠话警示上海品牌：足不出户的结果是“温水煮青蛙”    赵何娟

太阳能光伏并网发电系统的优化设计与控制策略研究    董密

单相光伏并网系统的分析与研究    王飞

光伏并网发电系统MPPT及孤岛检测新技术的研究    张超

数字化光伏并网系统的逆变技术研究    张文

太阳能并网发电系统关键技术研究    相海涛

光伏并网功率调节系统及其控制的研究    汪海宁

太阳能光伏并网发电系统的研究    赵为

光伏发电系统及其控制的研究    郑诗程

光伏并网逆变系统综合控制策略研究及实现    吴理博

光伏发电系统逆变技术研究    吴春华

光伏并网发电系统及其控制策略的研究    李征

光伏并网发电系统关键技术的研究    杨巍

单相光伏并网逆变系统的分析与研究    徐鹏来

单相光伏并网发电系统的研究    单琳

光伏发电最大功率点跟踪及反孤岛效应的研究    肖丽诗

三相光伏并网系统控制策略的研究    常超

基于阻抗源的单相光伏并网系统研究    谢柱

基于单片机的太阳能发电控制系统研究    路晓

户用光伏发电系统控制策略的研究    董博

太阳能光伏发电系统的研究    孔娟