光伏发电控制系统的实验研究

【摘要】：由于煤、石油、天然气等化石能源的过度开采和使用,带来的能源枯竭、大气污染和生态破坏等问题变的越来越严峻。风能、生物能源、太阳能等替代能源的研究受到了世人的广泛关注。太阳能因其无污染、可再生、覆盖范围广等特点倍受亲睐。近些年,光伏发电技术得到了长足的发展,光伏设备也在不断的更新换代。随着高新材料的使用,太阳能电池板的转换效率在不断提高；计算机的大量应用,最大功率跟踪控制方法更加复杂；光伏逆变器也不断趋向于智能化和小型化。如何在复杂的天气条件和地理环境下,能够更好的利用太阳能成为光伏发电领域的主要课题。因此,对光伏发电系统进行最大功率跟踪控制及并网逆变器控制的研究具有重要的现实意义。 论文论述了光伏发电最大功率跟踪控制和逆变并网控制的工作原理,并分别对光伏发电最大功率跟踪、逆变并网控制的各种控制方法进行了阐述。重点介绍了线性比例电流法结合导纳增量法和电流控制空间矢量合成控制法。 在MATLAB/Simulink仿真平台下,搭建了光伏发电系统的仿真模型,对系统的各个参数进行了调试和设定。仿真结果表明,线性比例电流法结合导纳增量法在光照条件较弱的情况下对最大功率跟踪控制的效果较好；电流控制空间矢量合成的控制方法对逆变并网的控制效率较高。验证了线性比例电流法结合导纳增量法和电流控制空间矢量合成控制方法的技术可行性。 在实验室原有设备的基础上,搭建和优化了光伏发电并网实验平台的硬件系统。并详细介绍了其中的检测模块、调理模块、运算模块、控制模块、智能功率模块及驱动模块,并通过计算选取和设置了电路中的元件参数,最终完成了对各个模块的电路性能检测和精度校正工作。 基于CCS软件编程环境下设计编写了光伏发电系统的软件,运用模块化的设计思想,主要编写设计了主程序、初始化程序、捕获中断程序、以及各个子程序。并在光伏发电系统硬件平台上进行了软件调试。最终的实验结果表明,光伏发电系统能够进行较好的最大功率跟踪,并且逆变输出能够达到并网条件,成功并网且效果良好。 【关键词】：光伏发电系统 线性比例电流法 导纳增量法 逆变并网 电流控制 空间矢量合成
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 光伏发电的意义和背景10-11
• 1.2 光伏发电技术的发展现状11-13
• 1.2.1 世界光伏产业的发展趋势11-12
• 1.2.2 国内光伏产业发展趋势12-13
• 1.3 光伏发电系统的分析13-14
• 1.4 光伏逆变器的国内外现状14-15
• 1.4.1 国外逆变器的发展现状14
• 1.4.2 国内逆变器的发展现状14-15
• 1.5 我国光伏发电系统并网标准15-16
• 1.6 本文的主要研究内容16-18
• 第二章 光伏发电系统的原理18-38
• 2.1 太阳能电池的原理及模型18-21
• 2.1.1 太阳能电池的原理18
• 2.1.2 太阳能电池的模型18-20
• 2.1.3 太阳能电池的基本类型20-21
• 2.2 光伏发电系统的分类21-23
• 2.2.1 独立光伏发电系统21
• 2.2.2 并网光伏发电系统21-23
• 2.3 光伏发电最大功率跟踪原理与方法23-28
• 2.3.1 线性比例电流法结合变步长导纳增量法27-28
• 2.4 光伏发电逆变并网控制的原理与方法28-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第三章 光伏发电系统的仿真38-48
• 3.1 线性比例电流法结合导纳增量法的仿真模型及相关参数38
• 3.2 线性比例电流法的仿真38-43
• 3.3 逆变并网的电流控制空间矢量合成法的仿真模型及相关参数43-45
• 3.4 逆变并网的电流控制空间矢量合成法的仿真结果分析45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 光伏发电系统的硬件设计48-62
• 4.1 光伏发电系统整体结构图48-49
• 4.2 光伏发电系统的硬件设计49
• 4.2.1 最大功率跟踪模块的硬件设计49
• 4.2.2 逆变并网控制模块的硬件设计49
• 4.3 光伏阵列49
• 4.4 BOOST主电路元器件的选择49-51
• 4.5 控制模块51-52
• 4.6 IPM功率模块52-53
• 4.7 驱动模块53-55
• 4.8 检测电路55-57
• 4.9 保护模块57-60
• 4.9.1 IPM保护电路57-59
• 4.9.2 直流侧电容保护电路59-60
• 4.10 本章小结60-62
• 第五章 光伏发电系统的软件设计62-72
• 5.1 CCS软件介绍62-63
• 5.2 软件设计思路63
• 5.3 最大功率跟踪模块软件设计63-65
• 5.3.1 主程序的设计64
• 5.3.2 A/D采样程序设计64-65
• 5.3.3 定时器中断程序65
• 5.4 并网程序设计65-71
• 5.4.1 主程序设计65-66
• 5.4.2 捕获中断子程序66-67
• 5.4.3 采样程序67-68
• 5.4.4 滤波程序68-69
• 5.4.5 电流控制程序69
• 5.4.6 定时器中断子程序69-70
• 5.4.7 SVPWM的软件实现70
• 5.4.8 死区设置70-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 光伏发电系统实验72-80
• 6.1 实验平台结构图72
• 6.2 系统参数设置72-73
• 6.3 最大功率跟踪系统实验结果73-76
• 6.4 逆变并网控制实验结果76-78
• 6.5 本章小结78-80
• 第七章 总结与展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 作者在攻读硕士学位期间的研究成果88

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