两级式光伏并网发电系统的研究与设计

【摘要】：全球能源危机和环境污染问题的加剧，使得人类开发清洁可再生能源的问题迫在眉睫。太阳能光伏以其独有特性成为各国关注的焦点，而光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势，随着微电子和功率器件的快速发展，太阳能发电技术研究也进入了高速发展期。在这样的背景下，本文对光伏并网发电系统进行了深入的理论研究和仿真实验，研制了一套基于TMS320F2812的1KW单相光伏并网发电实验系统，并针对光伏并网发电系统在实际应用中出现的局部遮荫问题提出了一种新的解决方案。主要研究内容如下： (1)概述了国内外光伏产业的发展形势，比较了几种光伏并网发电系统的常见拓扑结构和MPPT控制算法，分析它们各自的优缺点和应用场合。在MATLAB下建立了光伏阵列的仿真模型，并对扰动观测法最大功率点跟踪（MPPT）算法进行了仿真研究。 (2)在详细分析光伏并网逆变器的数学模型和换流过程及空间矢量脉宽调制（SVPWM）的实现过程的基础上，建立了基于双闭环控制的单相光伏并网发电系统模型和基于功率解耦控制策略的三相光伏并网发电系统模型，并通过了仿真验证。 (3)进行了1KW单相两级式光伏并网发电系统的硬件设计，将硬件系统分为主电路和控制电路，两者之间通过隔离器件连接，并在该硬件平台上编写了扰动观测法MPPT控制程序、离网逆变程序、并网逆变程序。逆变控制程序采用双闭环控制策略，通过实验验证了系统的可靠性和稳定性，达到了预期目的。 (4)针对光伏并网发电系统在应用中出现的局部遮荫问题，本文应用粒子群算法在解决多峰值优化中的优势，在串联式光伏并网系统中提出了电流控制型粒子群多峰值MPPT算法，并给出了该算法的实现过程，最后在MATLAB/SIMUlink下进行了仿真实验，仿真结果证明了该算法的可行性和相对于传统算法在MPPT控制上的优越性。 (5)对本文工作进行了总结，并提出了进一步研究的设想。 【关键词】：光伏并网 最大功率点跟踪 双闭环控制 SVPWM 粒子群
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 课题研究背景与意义12-13
• 1.1.1 能源危机和环境污染12
• 1.1.2 发展可再生清洁能源迫在眉睫12-13
• 1.2 国内外光伏产业发展现状与趋势13-16
• 1.2.1 国外光伏产业发展现状与趋势13-14
• 1.2.2 国内光伏产业发展现状与趋势14-16
• 1.3 光伏并网发电系统简介16-19
• 1.3.1 并网光伏系统的拓扑结构16-18
• 1.3.2 最大功率点跟踪（MPPT）18
• 1.3.3 并网控制策略18-19
• 1.3.4 孤岛效应与防治19
• 1.4 本文所做的主要工作19-21
• 2 光伏电池模型及 MPPT 控制21-30
• 2.1 光伏电池模型与特性分析21-25
• 2.2 光伏电池 MPPT 控制技术25-28
• 2.2.1 恒定电压法26
• 2.2.2 扰动观测法26-27
• 2.2.3 电导增量法27-28
• 2.3 扰动观测法 MPPT 的算法实现28-30
• 3 光伏并网发电系统逆变控制策略研究与系统仿真30-52
• 3.1 光伏并网逆变器的分类30-31
• 3.2 逆变器的控制策略31-32
• 3.3 并网逆变器换流过程分析32-35
• 3.3.1 基本换流过程32-34
• 3.3.2 双向换流控制34-35
• 3.4 单相光伏并网发电系统的建模与仿真35-39
• 3.5 三相光伏并网发电系统的建模与仿真39-52
• 3.5.1 基于功率解耦控制策略模型的建立40-43
• 3.5.2 SVPWM 模型的建立43-48
• 3.5.3 仿真实验48-52
• 4 1KW 单相两级式光伏并网发电系统硬件设计52-72
• 4.1 系统结构与电路参数52-53
• 4.1.1 系统构成52-53
• 4.1.2 电路参数53
• 4.2 主电路设计53-62
• 4.2.1 功率管选型与缓冲电路设计54-55
• 4.2.2 参数计算55-57
• 4.2.3 主板设计57-62
• 4.3 控制电路设计62-72
• 4.3.1 电源系统设计63-65
• 4.3.2 AD 采样调理电路65-67
• 4.3.3 保护和过零检测电路67-70
• 4.3.4 继电器驱动电路70-72
• 5 1KW 单相并网光伏发电系统程序设计与系统实验72-87
• 5.1 数字 PWM 程序设计72-74
• 5.2 数字 PID 程序设计74-76
• 5.3 MPPT 程序设计76-78
• 5.4 同步锁相程序78-79
• 5.5 FIR 滤波程序设计79-83
• 5.5.1 FIR 基本原理79-80
• 5.5.2 FIR 的 FDATOOL 辅助设计80
• 5.5.3 FIR 的程序设计与实验验证80-83
• 5.6 系统实验83-87
• 6 基于粒子群多峰值 MPPT 算法的光伏发电系统研究87-99
• 6.1 局部遮荫问题87-88
• 6.2 粒子群 MPPT 算法原理88-90
• 6.3 粒子群 MPPT 算法实现与程序设计90-92
• 6.4 粒子群多峰值 MPPT 算法的光伏系统仿真实验92-99
• 6.4.1 串联式系统的光伏电池物理模型92-93
• 6.4.2 粒子群多峰值 MPPT 算法的仿真验证93-99
• 结论99-101
• 参考文献101-105
• 附录 A 主板接口定义表105-106
• 附录 B DSP 端口资源分配表106-107
• 附录 C 粒子群 MPPT 算法的 MATLAB 程序107-109
• 附录 D 实验系统实物图109-110
• 作者简历110-112
• 学位论文数据集112-113

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