光伏并网逆变器MPPT及双闭环控制技术研究

【摘要】：并网逆变器是新能源发电系统的重要组成部分。本文以三相单级式隔离型并网逆变器为研究对象,对并网逆变器的两大核心问题——最大功率点跟踪问题和双闭环控制问题进行了深入研究。 本文首先对MPPT控制技术进行研究。通过介绍光伏电池的工作原理及等效模型得出了光伏电池的输出特性曲线,在此基础上,分析了一些常用的MPPT算法,其中重点阐述了扰动观测法的实现。而针对扰动观测法会出现振荡和误判现象的缺陷,本文提出一种改进的扰动观测法,其原理是在传统扰动观测法的基础上结合定电压跟踪法来改善振荡现象,同时根据电流的变化情况来判断光照强度是否发生了突变,从而有效地克服误判。仿真结果表明改进的扰动观测法能够快速跟踪最大功率点,并有效地消除了振荡和误判现象。 其次重点研究了电压电流双闭环控制策略。在三相逆变器dq模型的基础上,分析了控制系统结构,并对电压外环电流内环组成的双闭环控制系统进行了设计,得出了PI调节器的参数并对其性能做了分析。另外,由于PI控制器对交流量的失调性以及抗电网扰动能力差,引入一种比例谐振控制器(PR),对这两种控制器的性能比较之后得出PR控制器能够更好的消除稳态误差并且抗电网扰动能力强。将PR控制与PI控制相结合构成了一种新的电压外环PI控制电流内环PR控制的PI-PR控制系统。 最后对整个光伏并网逆变系统进行了仿真与实验研究。在MATLAB中搭建了电流内环PI控制,电压电流双闭环PI控制以及电压外环PI控制电流内环PR控制的系统仿真模型,仿真结果表明控制系统能够很好的跟随电压电流波形,通过比较两种控制方式下系统仿真结果发现在PI-PR控制下逆变器有更好的并网效果。论文的实验研究是基于100KW光伏并网逆变器实验平台,对该实验系统的双闭环控制的软件实现进行了详细说明,做了逆变器并网实验,实验结果表明本论文电压电流双闭环系统设计的正确性。 【关键词】：并网逆变器 MPPT 双闭环控制系统 PI控制 PR控制
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 课题的国内外研究现状12-13
• 1.2.1 最大功率点跟踪研究现状12
• 1.2.2 闭环技术研究现状12-13
• 1.3 光伏产业市场发展前景13-15
• 1.4 本论文主要研究工作15-16
• 第2章 MPPT算法研究16-28
• 2.1 光伏电池的研究16-19
• 2.1.1 光伏电池的工作原理及等效模型16-18
• 2.1.2 光伏电池仿真模型的建立18-19
• 2.2 MPPT的基本工作原理19-20
• 2.3 常见MPPT方法20-22
• 2.3.1 定电压跟踪法20
• 2.3.2 电导增量法20-21
• 2.3.3 扰动观测法21-22
• 2.4 扰动观测法的振荡与误判问题22-25
• 2.4.1 扰动观测法的振荡分析22-24
• 2.4.2 扰动观测法的误判分析24-25
• 2.5 扰动观测法的改进25-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 双闭环控制策略研究28-48
• 3.1 并网逆变器的输出控制方式28-29
• 3.1.1 电压控制方式28-29
• 3.1.2 电流控制方式29
• 3.2 三相逆变器的数学模型29-33
• 3.2.1 三相逆变器的一般数学模型29-31
• 3.2.2 三相逆变器的dq模型31-33
• 3.3 三相逆变器控制系统设计33-40
• 3.3.1 双闭环控制策略34-35
• 3.3.2 双闭环控制系统结构35
• 3.3.3 电流内环控制系统设计35-38
• 3.3.4 电压外环控制系统设计38-40
• 3.4 引入比例谐振控制的双闭环控制40-47
• 3.4.1 比例谐振控制器分析41
• 3.4.2 PR控制和PI控制的性能比较41-46
• 3.4.3 比例谐振控制下双闭环控制系统结构46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 光伏系统的建模与仿真48-64
• 4.1 电流内环仿真分析48-51
• 4.2 电压电流双闭环PI控制仿真模型的建立51-53
• 4.3 MPPT算法的仿真53-54
• 4.4 电压电流双闭环PR控制仿真模型的建立54-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第5章 光伏系统实验分析64-69
• 5.1 系统控制核心64-65
• 5.2 系统软件设计65-66
• 5.3 实验分析66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 结论69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75

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