并网型光伏发电系统的研究与设计

【摘要】：随着传统化石能源的不断开采和利用、环境污染等问题的日益严峻,各国政府已将新能源列入战略性新兴产业,具有代表性的有太阳能、风能、潮汐能、地热能,其中太阳能和风能,已被广泛认可并开发利用。由于太阳能具有较好的稳定性,因此太阳能并网发电将得到持续性的高速发展。 在并网型光伏发电系统中,并网逆变器是将太阳能电池所输出的直流电转换成交流电并将交流电馈入电网的设备,是并网型光伏发电系统能量转换与控制的核心。本文主要研究了光伏并网逆变器的设计原理,研究了以直流电压为外环、并网电流为内环的双闭环控制策略,并且电压外环和电流内环均采用了PI调节器,这样可以使并网电流的相位实时快速地跟踪电网电压的相位,保证发电系统在单位功率因素下运行。论文的主要工作如下： 首先,介绍了光伏行业的背景、光伏并网发电的国内外研究现状、太阳能电池的特性以及基于电导增量法及扰动观察法的太阳能电池的MPPT(最大功率点跟踪)方法。 其次,介绍了美国TI公司的C2000系列32位定点高性能DSPTMS320F2812,对光伏并网型逆变器的双闭环控制策略进行了分析,主要研究了基于SPWM的逆变控制原理、并网电流的实时跟踪技术,还对光伏并网发电的控制系统进行了研究,重点研究了并网电流内环控制系统的数学模型及基于PI(比例+积分)控制器和PR(比例+谐振)控制器的校正方法,并将这两者的性能进行了比较,从而得出PR控制器具有较好的优越性。 最后,介绍了控制系统的硬件电路及软件设计思想,设计了一台20KW单相并网型光伏发电系统的Matlab模型,并在Matlab/Simulink环境下进行了仿真,并分析了仿真结果。 【关键词】：光伏 MPPT 双闭环 逆变 并网
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 选题背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本文的主要研究工作12
• 1.4 本文的内容安排12-13
• 第二章 太阳能电池的特性13-25
• 2.1 太阳能电池的光伏效应13
• 2.2 太阳能电池的数学模型13-15
• 2.3 最大功率点跟踪方法15-23
• 2.3.1 DC/DC变换器15-17
• 2.3.2 MPPT方法17-23
• 2.4 本章小结23-25
• 第三章 光伏并网型逆变器的控制策略25-43
• 3.1 并网型光伏发电系统的体系结构25-26
• 3.2 光伏并网逆变器的电路拓扑26-29
• 3.2.1 隔离型光伏并网逆变器拓扑27-28
• 3.2.2 非隔离型光伏并网逆变器拓扑28-29
• 3.3 SPWM原理分析29-33
• 3.3.1 SPWM简介29-30
• 3.3.2 SPWM采样算法30-33
• 3.4 SVPWM原理分析33-38
• 3.4.1 SVPWM简介33-36
• 3.4.2 SVPWM采样算法36-38
• 3.5 并网控制策略38-42
• 3.5.1 并网型DC/AC概述39-40
• 3.5.2 双闭环控制策略40-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 控制器设计及系统仿真43-65
• 4.1 被控对象的数学模型43-44
• 4.2 逆侧滤波器设计44-50
• 4.2.1 L型滤波器45-46
• 4.2.2 LC型滤波器46-48
• 4.2.3 LCL型滤波器48-50
• 4.3 电流环控制系统的校正50-59
• 4.3.1 控制系统的开环响应50-52
• 4.3.2 电流环控制系统的PI控制器校正52-54
• 4.3.3 电网扰动对控制系统的影响及解决措施54-55
• 4.3.4 电流环控制系统的PR控制器校正55-57
• 4.3.5 PR控制器与PI控制器的性能比较57-59
• 4.4 Matlab/Simulink建模与仿真59-63
• 4.4.1 控制系统建模59
• 4.4.2 系统仿真与分析59-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第五章 系统软硬件设计65-79
• 5.1 基于DSP的数字控制技术65-67
• 5.1.1 DSP2812简介65-66
• 5.1.2 基于DSP2812的控制系统示意图66-67
• 5.2 硬件设计67-73
• 5.2.1 电源电路67-68
• 5.2.2 存储器及通信接口电路68-69
• 5.2.3 信号调理电路69-72
• 5.2.4 过零点检测电路72-73
• 5.3 软件设计73-77
• 5.3.1 PI控制器算法设计73-74
• 5.3.2 SPWM算法软件设计74-76
• 5.3.3 系统总体软件设计76-77
• 5.4 本章小结77-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 总结79
• 6.2 展望79-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-87
• 附录A87-89
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文87
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目87-88
• 2.8 KW单相光伏并网逆变器样机实物图88-89

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