双级式光伏并网变换器控制策略研究

【摘要】：为了解决常规能源不断消耗及使用中带来的一系列问题，能源结构必将逐步实现从化石能源为主、清洁能源为辅向清洁能源为主、化石能源为辅的战略转型。太阳能光伏并网发电作为有效应对能源问题的措施之一，成为国内外学者研究的热点，在各国也得到广泛的应用。本文针对双级式光伏并网变换器，主要研究实现其最大功率跟踪的MPPT控制策略和基于LCL滤波器的并网控制策略。 论文首先分析了常规能源引发的各种环境问题，综述了国内外光伏发电产业的发展现状、现有的光伏并网系统拓扑结构及光伏变换器控制策略。 其次，介绍了双级式光伏并网发电系统的结构及工作原理，对光伏组件及阵列进行了选型与设计，基于光伏电池工程数学模型分析了光伏阵列的输出特性；简述了Boost电路原理和DC/AC工作原理及其调制方式，分析了LCL滤波器特性，并对电路主要参数进行了设计。简要介绍了光伏并网系统的输电线路。 再次，针对前级Boost变换器，提出了一种具有功率电压双闭环结构和基于梯度信息的MPPT控制策略，它直接从光伏阵列的功率—电压特性出发，依据梯度信息直接给出最大功率点电压，进而通过电压闭环实现自动寻优。这种控制策略具有功能层次清楚、物理概念清晰、参数调整方便的特点，且具有良好的抗干扰性能。 第四，针对后级含有LCL滤波器的逆变器，基于常规矢量控制技术，引入了有源阻尼控制中的电容电流反馈技术，给出了一种含有LCL滤波器的逆变器有源阻尼功率解耦控制策略，能够实现直流侧电压恒定和单位功率因数的并网控制。它具有结构简单，物理概念清晰，易于实现的特点，且在不增加系统损耗的情况下，增加系统阻尼，提高系统的稳定性。 最后，建立了10kW双级式光伏并网系统仿真模型，仿真结果表明，在模拟光强突变及自然光照条件下，系统能够快速跟踪光强变化，实现MPPT控制及单位功率因数并网控制，取得了良好的动态调节性能和静态特性。 【关键词】：光伏并网发电 双级式并网变换器 LCL滤波器 MPPT控制 功率解耦控制
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-14
• 1.1 课题的背景、目的及意义8-9
• 1.2 光伏发电国内外发展概况9-10
• 1.3 光伏并网变换器研究现状10-13
• 1.3.1 光伏并网系统拓扑结构10-12
• 1.3.2 光伏并网变换器的控制策略12-13
• 1.4 本文的主要研究内容13-14
• 第二章 双级式光伏并网发电系统工作原理及参数设计14-30
• 2.1 双级式光伏并网发电系统构成原理14
• 2.2 光伏电池模型及特性14-18
• 2.2.1 光伏电池数学模型15-16
• 2.2.2 光伏组件选型及光伏阵列设计16-17
• 2.2.3 光伏阵列输出特性17-18
• 2.3 前级 Boost 电路设计18-21
• 2.3.1 Boost 电路工作原理18
• 2.3.2 Boost 电路元件参数设计18-21
• 2.4 后级基于 LCL 滤波器的 DC/AC 电路设计21-29
• 2.4.1 DC/AC 电路工作原理22
• 2.4.2 DC/AC 电路调制方式22-24
• 2.4.3 LCL 滤波器特性24-25
• 2.4.4 DC/AC 电路元件参数设计25-29
• 2.5 传输线路29-30
• 第三章 双级式光伏并网变换器的控制策略研究30-42
• 3.1 双级式变换器控制策略概述30
• 3.2 前级变换器最大功率点跟踪控制30-35
• 3.2.1 常用的最大功率点跟踪算法30-32
• 3.2.2 功率电压双闭环 MPPT 控制结构32-33
• 3.2.3 基于梯度的变步长 MPPT 控制策略33-35
• 3.3 后级逆变器的功率解耦控制策略35-40
• 3.3.1 含有 LCL 滤波器的逆变器数学模型35-36
• 3.3.2 含有 LCL 滤波器的逆变器功率解耦控制策略36-38
• 3.3.3 含有 LCL 滤波器的逆变器有源阻尼功率解耦控制38-40
• 3.4 单同步坐标系软件锁相环40-42
• 第四章 双级式光伏并网变换器控制策略仿真研究42-51
• 4.1 仿真环境42-43
• 4.2 光伏并网发电系统仿真模型43-46
• 4.2.1 系统总体模型43
• 4.2.2 光伏阵列模型43-44
• 4.2.3 控制策略模型44-46
• 4.3 双级式光伏并网控制策略仿真结果及分析46-51
• 4.3.1 光强恒定时的仿真结果46-48
• 4.3.2 模拟光照突变时的仿真结果48
• 4.3.3 模拟云飘过时的仿真结果48-49
• 4.3.4 模拟全天光照时的仿真结果49-51
• 第五章 结论51-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-56
• 作者简介56-57

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