基于滑模变结构控制的光伏发电系统控制器的设计

【摘要】：光伏发电不仅是当今能源的一个重要补充,更具备成为未来主要能源来源的潜力。通过光伏发电系统将太阳能转换为电能,是太阳能利用的主要形式。本论文以太阳能发电系统为研究对象,对其中重要的最大功率跟踪控制、逆变器控制进行了研究。 滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制技术,其具有稳定范围宽、动态响应快、对参数变化和扰动不敏感等优点。从最大功率点跟踪和逆变器本身的开关工作特性来说,光伏发电系统正是周期性的变结构系统,滑模变结构控制策略是对它具有强适用性的控制方式。 本文详细介绍了滑模变结构控制的原理、数学模型和设计过程。对光伏发电系统的核心问题——最大功率点跟踪和逆变器的控制策略,进行了较为深入的理论分析和研究。针对常用最大功率点跟踪控制方法中存在的跟踪速度与稳态精度的问题,采用了一种基于滑模变结构控制的最大功率点跟踪控制方法,实现了优于常用最大功率点跟踪方法的跟踪性能。在逆变器方面,针对传统逆变器不能同时进行升压和逆变的问题,设计了一种双Boost逆变器,并采用基于滑模变结构控制的方法,实现了期望的逆变器性能。本文对以上两种方法进行了详细的理论分析,建立了数学模型；并进行了控制器设计及控制算法的仿真研究 为了验证本文方法的控制效果,本文设计了基于升降压DC-DC最大功率点跟踪系统连接双Boost逆变器的独立光伏发电系统。在MATLAB/Simulink仿真环境下,对本文提出的基于滑模控制的最大功率点跟踪控制方法和双Boost逆变控制方法进行了仿真。仿真结果表明,本文方法具有很强的自适应性和抗干扰性,从而证明了本文方法的可行性和优越性。 【关键词】：太阳能 光伏发电 滑模变结构控制 最大功率点跟踪 逆变器
【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10-16
• 1.1 太阳能光伏发电的意义和背景10-11
• 1.2 国内外太阳能光伏发电的现状及发展趋势11-12
• 1.3 光伏发电系统的分类12-14
• 1.3.1 独立光伏发电系统12-13
• 1.3.2 并网光伏发电系统13
• 1.3.3 混合型光伏发电系统13-14
• 1.4 光伏发电系统的应用14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第2章 滑模变结构控制的基本理论16-26
• 2.1 滑模变结构控制理论的介绍16-17
• 2.1.1 滑模变结构控制简介16
• 2.1.2 变结构控制发展历史16-17
• 2.2 滑模变结构控制基本原理17-23
• 2.2.1 滑动模态定义及数学表达18-19
• 2.2.2 滑模变结构控制的基本问题19-22
• 2.2.3 滑模控制系统的设计过程22-23
• 2.2.4 抖振问题23
• 2.2.5 滑模控制的优缺点23
• 2.3 本章小结23-26
• 第3章 最大功率点MPPT的滑模控制方法26-44
• 3.1 光伏电池和最大功率点概述26-27
• 3.1.1 光伏电池的工作原理26
• 3.1.2 光伏电池的等效电路26-27
• 3.1.3 光伏电池的工作特性和数学模型27
• 3.2 最大功率点MPPT跟踪控制方法分析27-35
• 3.2.1 光伏发电系统最大功率点跟踪原理27-29
• 3.2.2 光伏发电最大功率点跟踪常用方法29-34
• 3.2.3 MPPT常用控制方法的比较分析34-35
• 3.3 滑模变结构控制在MPPT中的应用35-38
• 3.3.1 基于变结构理论的DC-DC变换器建模35-36
• 3.3.2 滑模控制器的设计36-38
• 3.4 仿真研究38-42
• 3.4.1 扰动观察法的仿真38-39
• 3.4.2 电导增量法的仿真39-40
• 3.4.3 基于滑模控制的最大功率跟踪算法仿真40-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第4章 基于滑模控制的双Boost逆变器的研究44-64
• 4.1 光伏发电系统逆变器的介绍44-47
• 4.1.1 光伏发电逆变系统架构44-46
• 4.1.2 现代逆变技术分类46-47
• 4.1.3 逆变器的发展方向47
• 4.2 新型Boost逆变器工作原理47-58
• 4.2.1 传统光伏逆变器拓扑分析47-49
• 4.2.2 双Boost逆变器分析49-53
• 4.2.3 滑模逆变器的控制方法53-58
• 4.3 仿真研究58-62
• 4.3.1 仿真模型58-59
• 4.3.2 仿真结果59-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第5章 独立光伏发电系统的仿真64-68
• 5.1 独立光伏发电系统控制器的总体框架64
• 5.2 独立光伏发电系统控制器的仿真64-66
• 5.3 本章小结66-68
• 第6章 总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 攻读硕士期间的研究成果76

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