光伏系统MPPT及Z型逆变器控制策略的研究

【摘要】：进入二十一世纪以来,各国对能源的需求日益增加。当今倡导低碳环保,使得新能源的开发利用掀起了一阵热潮。作为环保能源之首的太阳能,因其具有干净、可持续、无污染等优点而备受瞩目。本文从光伏发电系统开始进行整体介绍,然后分别对并网逆变控制器的结构、工作原理和控制方法做了较为详细的说明,并在最大功率点跟踪、主电路拓扑结构等方面进行了比较深入的研究。 首先,介绍了现阶段光伏发电技术的发展情况,逆变技术的发展趋势以及常用的光伏发电系统的结构。对并网逆变器的拓扑结构、工作原理和控制系统进行了模块式的介绍。并简要介绍了光伏阵列方位追踪、最大功率点跟踪方法和逆变系统控制方法。 其次,通过对几种逆变器的分析比较,选择了逆变并网控制系统的主回路拓扑结构,并对各部分硬件电路进行了设计。采用Z型阻抗源网络作为主电路拓扑结构,凭借其自身独特的拓扑结构可以工作在直通状态下,大大提高整体效率。对其进行详细的分析、公式推导以及建模。通过一系列的推导和计算来确定各个器件的相关参数。 再次,简略叙述了光伏阵列的方位控制的意义及其控制策略。然后,在分析和比较了几种传统的最大功率跟踪方法的基础上设计出了一种基于扰动观察法和梯度法的方法。根据光伏阵列的数学模型,在Matlab/simulink软件中建立了无伏阵列的仿真模型,设计组建了与之对应的最大功率点跟踪电路,并根据模拟的实时环境设定了初始参数进行Matlab/simulink仿真,仿真波形验证了算法的可行性。 最后,在主回路的控制方面,采用了一种PID与重复控制相结合的控制方式,来实现对逆变输出的精确控制,对整个逆变控制系统进行了Matlab/simulink仿真实验,从仿真波形和谐波分析来看控制效果比较理想。简略介绍了锁相控制,对整个系统进行了联机调试。通过示波器对波形进行了测试。实验结果良好,能实现并网的目的。 【关键词】：光伏发电 Z型逆变器 最大功率跟踪 数字信号处理器 控制
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 光伏逆变控制研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外光伏发电的现状及发展趋势11-13
• 1.3 逆变控制技术在国内外的发展概况及发展趋势13-14
• 1.3.1 逆变控制技术发展概况13
• 1.3.2 逆变控制技术的发展趋势13-14
• 1.4 并网逆变技术存在的问题及本文研究的目的和意义14-15
• 1.5 本文研究的主要内容15-16
• 2 光伏发电系统和并网逆变系统概述16-23
• 2.1 光伏发电系统原理及结构16-19
• 2.1.1 小型直流光伏供电系统16-17
• 2.1.2 大型直流光伏供电系统17
• 2.1.3 交直流混合供电系统17-18
• 2.1.4 并网发电系统18
• 2.1.5 混合供电系统18-19
• 2.1.6 并网混合供电系统19
• 2.2 并网逆变系统基本结构19-21
• 2.2.1 隔离型光伏并网系统结构19-20
• 2.2.2 非隔离型光伏并网系统结构20-21
• 2.3 光伏阵列方位追踪和最大功率点跟踪21
• 2.4 并网逆变的控制21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 单相并网系统主电路和控制系统设计23-52
• 3.1 光伏逆变并网系统的基本结构24
• 3.2 单相并网逆变器的技术指标24
• 3.3 并网逆变系统拓扑结构分析24-26
• 3.4 型逆变器建模分析26-35
• 3.4.1 Z型逆变器升压子电路部分建模28-33
• 3.4.2 Z型逆变器逆变桥部分建模33-35
• 3.5 并网逆变系统结构及各部分功能35-37
• 3.5.1 并网系统结构说明35-36
• 3.5.2 并网系统各部分介绍36-37
• 3.6 硬件系统的部分设计37-51
• 3.6.1 电路中参数的设计37-41
• 3.6.2 主电路功率器件的选择41-42
• 3.6.3 系统输出滤波器的设计42-46
• 3.6.4 并网控制电路的设计46-51
• 3.7 本章小结51-52
• 4 光伏阵列方位追踪和最大功率点跟踪52-67
• 4.1 光伏阵列方位追踪控制策略52-54
• 4.2 光伏阵列的工作原理及等效电路模型54-55
• 4.3 传统太阳能最大功率点跟踪方法55-58
• 4.3.1 定电压法56-57
• 4.3.2 电导增量法57
• 4.3.3 扰动观察法57-58
• 4.3.4 梯度法58
• 4.4 双重寻优算法58-66
• 4.4.1 双重寻优法的原理58-63
• 4.4.2 仿真分析63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 5 并网逆变控制策略的研究及锁相控制67-86
• 5.1 并网逆变常用的控制方法67-72
• 5.1.1 正弦脉宽调制逆变技术67-68
• 5.1.2 模拟和数字的SPWM控制方法68-71
• 5.1.3 数字逆变器几种常用的控制方法71-72
• 5.2 基于PID的重复控制方式72-79
• 5.2.1 重复控制理论研究72-76
• 5.2.2 控制目的和方式76-78
• 5.2.3 PID控制与重复控制的结合78-79
• 5.3 逆变控制系统仿真实验及分析79-82
• 5.4 锁相控制82-84
• 5.4.1 数字锁相环基本原理82
• 5.4.2 锁相控制的介绍82-83
• 5.4.3 锁相的工作过程83-84
• 5.5 系统调试和分析84-85
• 5.6 本章小结85-86
• 6 总结与展望86-88
• 6.1 工作总结86
• 6.2 展望86-88
• 参考文献88-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文91-92
• 致谢92-94

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