基于数据驱动的单相多级式光伏并网系统的研究与设计

【摘要】：为了推广具有分布式发电优势的光伏技术产品进入千家万户,针对太阳能最大功率点跟踪、功率变换器的设计、并网性能的改善,提出了基于数据驱动控制理论的光伏并网控制策略。 由于基于数学模型的控制理论和方法的局限性日益明显,对模型要求低,有很强的适应性和鲁棒性的新的控制方法——数据驱动控制理论,就成为新时期控制理论发展与重大应用的必然要求。无模型自适应控制(Model-Free Adaptive Control, MFAC)作为数据驱动控制理论的一个标志性的研究成果,与传统的基于模型的控制方法相比,具有理论上的新颖性,作为一种先进的控制策略,具有更好的适应性和鲁棒性。 本论文对原有MFAC算法做了一些研究和改进：在分析光伏电池的工作机理和输出特性的基础上,结合太阳能最大功率点跟踪特点,提出基于粒子群算法的无模型控制器参数整定方法、基于MFAC的恒压法结合扰动观察法和基于MFAC的恒压法结合电导增量法,应用于光伏发电系统DC/DC环节的控制。在SIMUlink环境下开发了相关控制模块,仿真结果证明,与常用的最大功率点跟踪控制方法相比,本文提出的改进算法具有鲁棒性好、抗干扰能力强以及对负荷的适应性强等优点。 另外,将本文提出的基于粒子群算法的无模型控制器参数整定方法和基于数据驱动的无模型自适应控制方法应用于全桥逆变器,与基于状态反馈精确线性化单相全桥逆变器的最优控制的稳态和动态特性做了仿真对比,仿真表明,改进的无模型控制方法在系统的跟踪性能、适应性和抗干扰能力等方面都明显优于基于状态反馈精确线性化最优控制。在此基础上,进一步探究了有源滤波和并网一体化的控制方案。 最后设计了500W光伏并网发电系统,并对该单相并网发电系统的前级多功能功率变换器硬件设计和半实物仿真平台的开发做了相关研究。在搭建了半实物仿真平台,编写了底层驱动和相关算法模块的基础上,用实际电路验证了无模型自适应算法的有效性。 【关键词】：光伏并网 最大功率点跟踪 状态反馈 数据驱动
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 太阳能光伏发电的背景和意义11-12
• 1.2 单相光伏并网发电国内外发展现状和前景12-14
• 1.3 光伏并网系统的介绍14-16
• 1.3.1 并网系统的结构与分类14
• 1.3.2 光伏并网系统的拓扑14-15
• 1.3.3 光伏系统的最大功率点跟踪15
• 1.3.4 并网系统的主要控制策略15-16
• 1.4 本文主要研究内容16-19
• 第2章 光伏电池的特性及其仿真模型19-29
• 2.1 光伏电池的特点19-20
• 2.2 太阳能光伏电池特性简介20-23
• 2.2.1 电池板的电路模型和数学模型20-21
• 2.2.2 光伏电池的I-V特性分析21-22
• 2.2.3 光伏阵列的光强及温度对其I-V特性的影响22-23
• 2.2.4 电池板串并联分析23
• 2.3 单个光伏电池和光伏阵列的仿真模型23-26
• 2.4 本章小结26-29
• 第3章 DC/DC变换器的研究与设计29-53
• 3.1 MPPT基本原理29-30
• 3.2 DC/DC环节存在的必要性及意义30
• 3.3 DC/DC环节的分类与组成30-31
• 3.4 BOOST变换器状态反馈的精确线性化控制31-34
• 3.5 基于数据驱动的BUCK变换器的无模型控制34-40
• 3.5.1 基于数据驱动的无模型自适应控制系统设计35-37
• 3.5.2 仿真研究与分析37-39
• 3.5.3 结论39-40
• 3.6 基于粒子群算法的数据驱动控制器的参数整定方法40-46
• 3.6.1 标准粒子群优化原理及算法描述40
• 3.6.2 几种典型的粒子群优化算法40-41
• 3.6.3 算法测试和MFAC的参数整定41-43
• 3.6.4 仿真研究与分析43-46
• 3.6.5 结论46
• 3.7 最大功率跟踪算法的改进46-51
• 3.7.1 基于MFAC的恒压法结合扰动观察法46-47
• 3.7.2 基于MFAC的恒压法结合电导增量法47-49
• 3.7.3 仿真及分析49-51
• 3.7.4 结论51
• 3.8 本章小结51-53
• 第4章 DC/AC并网控制方案53-65
• 4.1 光伏并网逆变器的常用控制方法53-56
• 4.1.1 电压瞬时值反馈控制54-55
• 4.1.2 电流瞬时值反馈控制55-56
• 4.2 基于状态反馈精确线性化单相全桥逆变器的最优控制56-57
• 4.3 基于数据驱动的单相全桥逆变器的无模型自适应控制57-59
• 4.4 仿真研究与分析59-62
• 4.4.1 系统稳态响应的对比分析59-61
• 4.4.2 负载瞬态响应的对比分析61-62
• 4.4.3 结论62
• 4.5 并网发电系统中的无功补偿及谐波抑制62-64
• 4.5.1 单相电路谐波电流的检测方法62-63
• 4.5.2 系统谐波和无功补偿的控制策略63
• 4.5.3 仿真研究与分析63-64
• 4.5.4 结论64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 500W光伏并网发电系统的设计与实现65-77
• 5.1 系统总体设计65-67
• 5.2 500W光伏并网发电系统仿真模型67-70
• 5.3 光伏并网发电系统硬件实现70-76
• 5.3.1 实验平台的开发和改进70-71
• 5.3.2 前级功率变换器硬件设计71-74
• 5.3.3 实验结果与分析74-76
• 5.3.4 结论76
• 5.4 本章小结76-77
• 第6章 总结与展望77-79
• 6.1 总结77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-85
• 致谢85-87
• 攻读硕士期间发表的论文87

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