基于MFAC的独立光伏发电控制系统的研究

【摘要】：独立光伏发电系统是太阳能利用的主要形式之一。本文以独立光伏发电控制系统为研究对象,对光伏发电系统中光伏电池特性、DC/DC变换器的控制、最大功率点跟踪控制及DC/AC逆变器的控制进行了研究。 DC/DC及DC/AC变换器是一类典型的时变、开关非线性系统,准确地辨识其动态过程的模型参数、建立系统的精确数学模型非常困难。而实际中,变换器参数会因电磁干扰、温度等因素在较大范围内变化。因此,传统的基于模型的控制方法在解决模型失配、未建模动态等方面存在局限性。 本文针对基于模型的控制方法在模型失配方面的局限性,提出了一种基于在线粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO)算法的无模型自适应控制(Model-free Adaptive Control, MFAC)方法。MFAC是一种不需要受控系统的数学模型及相关先验知识,仅利用系统I/O数据就可进行控制器设计的方法,能用于解决变换器模型失配的问题。 本文首先在分析光伏电池特性基础上,建立了太阳能电池的仿真模型。然后将无模型自适应控制应用于独立光伏发电系统的DC/DC、DC/AC环节及最大功率点跟踪控制中,并进行了Simulink仿真。仿真结果表明,相比于传统的基于模型的控制方法,本文所用方法能克服模型失配,具有更好的适应性和鲁棒性。 最后,本文设计了750W独立光伏发电系统,对系统电路参数及无模型自适应控制器进行了分析和设计,搭建了基于DSP的硬件电路实现MFAC,实验波形验证了无模型自适应控制算法的有效性及适用性。 【关键词】：光伏发电 无模型自适应控制 最大功率点跟踪 粒子群优化
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 光伏发电的背景及意义10-11
• 1.2 光伏发电的发展现状11-12
• 1.3 光伏发电系统分类12-14
• 1.3.1 独立光伏发电系统13
• 1.3.2 并网光伏发电系统13-14
• 1.3.3 混合型光伏发电系统14
• 1.4 变换器主要控制策略14-15
• 1.4.1 DC/DC变换器主要控制策略14-15
• 1.4.2 DC/AC逆变器主要控制策略15
• 1.5 无模型自适应控制简介15-17
• 1.6 论文主要研究内容17-18
• 第2章 光伏电池特性及仿真模型18-26
• 2.1 光伏电池的原理及工作过程18-19
• 2.2 光伏电池基本特性19-22
• 2.2.1 光伏电池等效电路模型19-20
• 2.2.2 光伏电池的输出特性20-21
• 2.2.3 光伏电池的主要影响因素21-22
• 2.3 光伏电池仿真模型22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 DC/DC变换器的控制研究26-40
• 3.1 DC/DC存在必要性26
• 3.2 DC/DC变换器分类26-27
• 3.3 无模型自适应控制(MFAC)27-31
• 3.3.1 MFAC基本概念28
• 3.3.2 紧格式动态线性化泛模型28-29
• 3.3.3 紧格式MFAC算法29-31
• 3.4 基于粒子群优化算法的MFAC参数整定方法31-34
• 3.4.1 粒子群优化算法基本原理32
• 3.4.2 粒子群算法参数的选择32-33
• 3.4.3 PSO整定MFAC控制器参数33-34
• 3.5 DC/DC变换器的MFAC控制器设计34
• 3.6 DC/DC变换器控制方法的Simulink仿真34-38
• 3.6.1 系统仿真参数35-36
• 3.6.2 系统启动响应36-37
• 3.6.3 输入电压变化37
• 3.6.4 模型失配37-38
• 3.7 实验验证38-39
• 3.8 本章小结39-40
• 第4章 最大功率点跟踪控制的研究40-56
• 4.1 MPPT基本原理40-41
• 4.2 最大功率跟踪方法41-48
• 4.2.1 固定参数法41-43
• 4.2.2 扰动观察法43-45
• 4.2.3 电导增量法45-46
• 4.2.4 基于MFAC的固定电流法结合扰动观察法46-48
• 4.3 最大功率跟踪控制Simulink仿真48-54
• 4.3.1 扰动观察法的仿真49-50
• 4.3.2 电导增量法的仿真50-51
• 4.3.3 基于MFAC的固定电流法结合扰动观察法的仿真51-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 DC/AC逆变器的控制研究56-64
• 5.1 独立光伏系统对逆变器的基本要求56-57
• 5.2 逆变器的波形控制技术57-58
• 5.3 逆变器的无模型自适应控制58-59
• 5.4 逆变器控制方法的Simulink仿真59-63
• 5.4.1 系统稳态响应60-61
• 5.4.2 负载瞬态响应61-62
• 5.4.3 模型失配62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第6章 750W独立光伏发电系统设计64-70
• 6.1 系统总体设计64-65
• 6.2 主电路参数设计65-66
• 6.2.1 Boost电路参数计算65-66
• 6.2.2 逆变器输出滤波电路设计66
• 6.3 系统Simulink仿真66-68
• 6.4 本章小结68-70
• 总结与展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 攻读硕士期间取得的成果78

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