基于粒子群优化光伏并网逆变器的研究

【摘要】：光伏并网逆变器作为能量转换与实时控制的关键装置,在提高并网电流质量及系统安全性等方面发挥着至关重要的作用。迄今为止,人们已对太阳能光伏逆变器进行了广泛的研究,但仍有许多问题有待进一步研究。本文在研究光伏并网逆变器电流控制策略基础上,对系统控制参数的优化进行了深入的研究。论文主要的工作如下： 1.光伏并网逆变器控制策略的研究。第一,通过分析光伏并网逆变器的拓扑结构,从而确定系统的主电路拓扑；第二,结合主电路的拓扑,分析光伏并网逆变器的工作原理,并推导光伏并网逆变器的数学模型；第三,根据数学模型,设计基于电压定向的双闭环空间矢量调制算法；最后,采用一种改进的粒子群算法离线优化光伏逆变器电压外环的PI参数。 2.控制策略的仿真研究。在MATLAB/Simulink里搭建系统仿真模型以及编写离线PSO程序,对所设计的双闭环空间矢量控制模型及离线粒子群优化方法进行仿真,并与未优化PI参数的系统进行对比分析,从而验证控制策略的可行性。 3.完成了系统的软硬件设计。硬件系统由主电路、控制电路、辅助电路组成。其中,主电路采用智能功率模块,控制电路包括DSP核心电路、电压电流采样调理电路以及电压过零点比较电路等。辅助电路是控制系统的电源电路。软件设计包括系统的主程序、锁相程序、ADC采样程序、中断程序、SVPWM程序等。 4.设计并制作了1台基于DSP2812的20kW实验样机,搭建了基于这一样机的实验平台,并分别进行了1.9kW、3.5kW、15kW的系统实验。研究结果表明,采用本文所提出控制算法设计的逆变器能将光伏阵列输出的直流电能快速、高效的变换成符合电网要求的交流电能,并能在一定干扰下稳定运行,从而验证了所采用控制策略的可行性。 【关键词】：光伏并网逆变器 智能功率模块 双闭环PI控制 粒子群优化 空间矢量调制
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 光伏并网逆变器国内外研究现状12-18
• 1.2.1 光伏并网逆变器的国内外发展现状12-13
• 1.2.2 光伏逆变器分类及拓扑结构13-15
• 1.2.3 光伏并网逆变器电流控制现状15-18
• 1.3 本文主要的工作18-19
• 第2章 光伏并网逆变器控制模型的分析与设计19-37
• 2.1 光伏电池的数学特性及最大功率点跟踪19-22
• 2.2 三相光伏并网逆变器的数学模型22-25
• 2.3 双闭环空间矢量控制策略25-31
• 2.3.1 双闭环控制策略研究26-28
• 2.3.2 电流内环参数设计与分析28-29
• 2.3.3 电压外环参数设计与分析29-31
• 2.4 基于改进惯性权值的粒子群离线优化控制31-36
• 2.4.1 粒子群优化算法原理32-33
• 2.4.2 改进粒子群离线优化并网逆变器电压外环PI参数33-35
• 2.4.3 粒子群优化光伏并网逆变器参数程序设计35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 光伏并网逆变器的建模与仿真37-50
• 3.1 电流内环与电压外环的性能分析37-38
• 3.2 基于电压定向的双闭环空间矢量控制38-42
• 3.2.1 系统仿真参数设计38-39
• 3.2.2 双闭环空间矢量仿真模型39-42
• 3.3 系统仿真结果分析42-44
• 3.3.1 直流母线的功率、电压与电流仿真42-43
• 3.3.2 电网电压与并网电流仿真43-44
• 3.4 改进粒子群离线优化电压外环PI参数仿真结果44-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 光伏并网逆变器样机设计50-64
• 4.1 光伏并网逆变器硬件系统设计50-58
• 4.1.1 光伏并网逆变器硬件系统总体框架50-51
• 4.1.2 IPM智能功率模块及外围电路设计51-54
• 4.1.3 电网电压检测调理电路54-55
• 4.1.4 并网电流检测调理电路55-56
• 4.1.5 直流母线电压检测电路56
• 4.1.6 辅助电源电路设计56-57
• 4.1.7 锁相环电路设计57-58
• 4.2 光伏并网逆变器软件系统设计58-63
• 4.2.1 软件系统总体设计框架58
• 4.2.2 芯片选择58-60
• 4.2.3 软件系统各子程序及流程设计60-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第5章 样机实验结果分析64-71
• 5.1 实验数据分析64-70
• 5.1.1 电网电压检测及其调理波形64-65
• 5.1.2 电网电压及其过零点波形65-66
• 5.1.3 Boost电路驱动及母线电压波形66-67
• 5.1.4 并网电流实验波形与分析67-70
• 5.2 本章小结70-71
• 第6章 结论与展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 攻读学位期间发表论文情况77

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