UPS与光伏发电混合系统网侧变流器控制策略研究

【摘要】：太阳能因为其不竭性和绿色环保性成为各国争相发展的新能源,光伏并网发电成为其发展的主流趋势。随着科技的发展,各种先进的电子产品已经深入到社会的各个领域。双变换式UPS因其能为用电设备提供高品质的电力供应而得到了广泛的应用。但光伏并网发电和双变换式UPS技术都有着各自的不足,比如：光伏并网发电装置只在白天且天气状况较好的情况下工作,设备利用率低；新型双变换式UPS能有效改善网侧电流谐波和功率因数,但其前级PWM整流器并未得到充分利用；另外,UPS在停电后的支撑时间不够充足也是其难以克服的缺点。 本文针对二者的不足,在深入分析其各自的拓扑,工作原理和控制策略的基础上,通过共用一个网侧变流器,将二者有效地融合在一起,构建了一个新型的供电系统。此系统同时具有光伏发电和双变换式UPS两种功能,提高了设备的利用率；由于存在光伏发电环节,当电网停电时有可能大大延长UPS的供电时间；并且在电路结构上节省了一个变流器,降低了造价。 本课题对新系统的工作原理进行了分析,重点研究了网侧PWM变流器的控制策略以及光伏阵列最大功率点跟踪算法。网侧PWM变流器采用电压电流双闭环结构,电压外环采用前馈补偿和输出电压反馈的PI控制,电流内环采用滑模控制。为了提高光伏发电效率,并针对传统模糊控制最大功率点跟踪算法没有考虑到变流器PWM脉宽的变化对系统的影响情况,采用了一种改进的模糊控制算法。并且对系统中的蓄电池管理、核心部件的硬件和软件设计等技术做了相应的研究。 最后通过Matlab7.1仿真软件对三相电压型PWM变流器系统及光伏最大功率点跟踪算法进行了仿真,通过模型搭建及波形分析验证了本文所提出的PWM变流器控制策略能有效地稳定直流侧电压和使交流侧以单位功率因数运行；改进的模糊控制算法能更快速的跟踪到光伏电池的最大功率点且提高了系统的稳定性。 【关键词】：UPS 光伏发电 最大功率点跟踪 PWM变流器 控制策略
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 课题研究的背景及意义11-15
• 1.2.1 UPS概述11-13
• 1.2.2 光伏发电技术概述13-14
• 1.2.3 课题研究的目的和意义14-15
• 1.3 国内外研究现状15-17
• 1.4 本论文主要工作及内容安排17-19
• 2 UPS与光伏发电系统网侧变流器的基本结构19-29
• 2.1 PWM变流器的拓扑结构19-21
• 2.1.1 单相电压型PWM变流器拓扑19-20
• 2.1.2 三相电压型PWM变流器拓扑20-21
• 2.2 PWM变流器的基本原理21-23
• 2.3 三相电压型PWM变流器的数学模型23-27
• 2.3.1 三相电压型PWM变流器的一般数学模型23-25
• 2.3.2 三相电压型PWM变流器的dq模型25-27
• 2.4 本章小结27-29
• 3 UPS与光伏发电系统网侧变流器的控制策略29-47
• 3.1 UPS与光伏发电相结合的系统框图29-32
• 3.1.1 新型双变换式UPS的拓扑结构及工作原理29-30
• 3.1.2 光伏并网发电系统拓扑结构及工作原理30
• 3.1.3 UPS和光伏并网发电相结合的系统拓扑结构和工作原理30-32
• 3.2 网侧PWM变流器控制策略分析32
• 3.3 电压环设计32-34
• 3.4 基于滑模控制的电流内环设计34-40
• 3.4.1 滑模变结构控制基本原理35-38
• 3.4.2 滑模控制电流环设计38-40
• 3.5 空间矢量PWM调制方式实现40-46
• 3.6 本章小结46-47
• 4 光伏系统最大功率跟踪及蓄电池管理47-61
• 4.1 光伏电池最大功率点跟踪47-58
• 4.1.1 光伏电池工作原理及特性47-49
• 4.1.2 光伏电池最大功率点跟踪方法49-53
• 4.1.3 一种改进的模糊控制的MPPT算法53-58
• 4.2 蓄电池充放电管理58-60
• 4.2.1 蓄电池的充电管理58-59
• 4.2.2 蓄电池的放电管理59
• 4.2.3 双向DC/DC电路设计59-60
• 4.3 本章小结60-61
• 5 系统的软硬件设计61-77
• 5.1 系统总体结构61-62
• 5.2 系统主电路设计62-69
• 5.2.1 网侧变流器电路参数设计62-65
• 5.2.2 Boost电路参数设计65-69
• 5.3 控制电路硬件设计69-72
• 5.3.1 控制芯片的选择69-70
• 5.3.2 信号检测电路70-72
• 5.4 系统软件设计72-76
• 5.4.1 系统软件的总体设计72-73
• 5.4.2 系统软件的模块设计73-76
• 5.5 本章小结76-77
• 6 系统仿真和结果分析77-93
• 6.1 光伏最大功率点跟踪算法的仿真及分析77-84
• 6.1.1 光伏电池的仿真模型77-80
• 6.1.2 模糊控制MPPT系统的仿真及结果分析80-84
• 6.2 网侧PWM变流器的仿真结果及分析84-91
• 6.2.1 PWM变流器仿真模型84
• 6.2.2 仿真结果分析84-91
• 6.3 本章小结91-93
• 7 总结与展望93-95
• 7.1 工作总结93
• 7.2 今后工作展望93-95
• 参考文献95-99
• 致谢99-101
• 作者简介及读研期间主要科研成果101

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