基于Matlab-DSP光伏发电系统的研究及其实现

【摘要】：光伏发电系统为新能源研究方面的重要课题之一，本文在这一背景下，对光伏发电系统进行了相关的研究。 针对光伏电池阵列输出特性可能因电池板的老化而受到影响，探讨了一种基于扰动观测法的光伏电池阵列自主修正模型。为了提高最大功率点跟踪算法的准确性和动态特性，在对传统算法分析与比较的基础上，探讨了一种基于光伏电池阵列模型的最大功率点跟踪算法。为了使对单相光伏并网逆变器的控制也可采用矢量控制的策略，通过构建虚拟信号的方法建立了单相光伏逆变器的dq矢量模型，并进行了有功电流时间最优控制算法的研究。针对光伏并网逆变器传统锁相控制中，采用捕获策略对积分器进行复位易因多次过零现象而造成锁相失败的问题，探讨了一种对电网电压信号进行过零比较，并与软件滤波相结合的方法解决了该问题。为了得到理想的控制效果，以Matlab为辅助手段，针对不同的被控信号，分别进行了IIR和FIR数字滤波器的设计，通过对仿真结果的比较分析，建议在光伏发电系统中采用IIR数字滤波器对被控信号进行处理。为了提高软件开发的效率，本文对利用Matlab辅助TI-DSP2000系列进行软件开发的方法进行了研究，对Matlab相应库里重要集成函数模块的规律，特别是对“Ramp Generator”和“Ramp Controller”的规律进行了详细的介绍。此后，结合硬件系统，搭建了针对真实硬件系统的Matlab仿真平台，在离线状态下对控制算法进行了仿真调试，完成了相应的软件设计。 为了验证在实际系统中的控制效果，将离线状态下所调试好的算法直接应用到了实际控制系统中，所得试验结果与仿真结果的相对误差在5%以内。最后，本文对课题研究中所取得的成绩和有待提高的部分进行了总结，并对下一步的工作作出了展望。 【关键词】：光伏发电系统 光伏电池阵列模型 自主修正 MPPT 数字滤波 Matlab-DSP
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1．绪论10-13
• 1.1 光伏发电系统的研究现状和意义10-11
• 1.2 本文的主要研究内容11-13
• 2．光伏电池阵列工程模型和 MPPT 控制算法的研究13-30
• 2.1 光伏电池阵列工程应用模型的研究13-20
• 2.1.1 光伏电池阵列数学模型的建立13-16
• 2.1.2 光伏电池阵列仿真模型的建立16-17
• 2.1.3 仿真结果及其分析17-19
• 2.1.4 试验验证19-20
• 2.2 最大功率点跟踪(MPPT)控制算法的研究20-28
• 2.2.1 MPPT 控制算法的研究20-23
• 2.2.2 MPPT 仿真模型的建立23
• 2.2.3 仿真结果及其分析23-26
• 2.2.4 仿真参数优化的研究26-28
• 2.3 模型自主矫正算法的研究28-30
• 3．单相光伏逆变器控制策略的研究30-45
• 3.1 单相光伏并网逆变器主电路拓扑结构的选择30
• 3.2 单相光伏并网逆变器矢量模型的建立30-38
• 3.2.1 矢量控制技术的介绍[17]30-32
• 3.2.2 单相光伏并网逆变器 dq 模型的建立32-35
• 3.2.3 有功电流 id 的时间最优控制35-37
• 3.2.4 数字控制器设计37-38
• 3.3 锁相控制技术的研究38-45
• 3.3.1 锁相环路的基本构成38
• 3.3.2 鉴相器模型的建立38-39
• 3.3.3 环路滤波器的设计39-41
• 3.3.4 压控振荡器模型的建立41
• 3.3.5 基于 Matlab 的 PLL 锁相环路系统设计41-45
• 4．基于 MATLAB 的光伏逆变器系统的数字滤波器设计45-54
• 4.1 数字滤波器的设计原理45-47
• 4.1.1 IIR 数字滤波器的原理【30】45-46
• 4.1.2 FIR 数字滤波器的原理[31]46-47
• 4.2 针对直流信号的数字滤波器设计47-50
• 4.2.1 针对直流信号的 IIR 数字滤波器设计47-49
• 4.2.2 针对直流信号的 FIR 数字滤波器设计49-50
• 4.3 针对工频 50HZ 交流信号的数字滤波器设计50-54
• 4.3.1 针对工频 50Hz 交流信号的 IIR 数字滤波器设计50-53
• 4.3.2 针对工频 50Hz 交流信号的 FIR 数字滤波器设计53-54
• 5．基于 MATLAB-DSP 单相光伏逆变器的基础研究54-70
• 5.1 概述54-55
• 5.2 硬件参数的测量55-61
• 5.2.1 采样电路参数的测量55-56
• 5.2.2 滤波电路参数的测量56-57
• 5.2.3 变压器参数的测量57-60
• 5.2.4 逆变桥参数的校准60
• 5.2.5 线路阻抗的测量60-61
• 5.3 MATLAB 辅助 DSP 设计中重要模块介绍61-67
• 5.3.1 “Ramp Generator”的规律介绍61-62
• 5.3.2 “Ramp Control”的规律介绍62-65
• 5.3.3 “PID Controller”的规律介绍65-66
• 5.3.4 其它模块介绍66-67
• 5.4 MATLAB-DSP 系统中虚拟信号的构建67-70
• 5.4.1 离散延迟模块的介绍68
• 5.4.2 虚拟信号构建的实现68-70
• 6．针对逆变器硬件系统的仿真研究70-78
• 6.1 针对硬件系统的电压环仿真70-71
• 6.1.1 电压环仿真模型的建立70-71
• 6.1.2 电压外环仿真结果及其分析71
• 6.2 针对硬件系统的电流内环仿真71-72
• 6.2.1 电流环仿真模型的建立71
• 6.2.2 电流内环仿真结果及其分析71-72
• 6.3 针对硬件系统的锁相环仿真72-73
• 6.3.1 锁相环仿真模型的建立72-73
• 6.3.2 锁相环仿真结果及其分析73
• 6.4 针对硬件系统的系统级仿真73-78
• 6.4.1 系统仿真模型的建立73-76
• 6.4.2 系统仿真结果及其分析76-78
• 7．控制代码自动生成系统的搭建及其试验验证78-88
• 7.1 电压外环 C 代码自动生成系统的搭建及其试验验证78-80
• 7.1.1 电压外环代码自动生成模型的建立78-79
• 7.1.2 电压外环仿真结果及其分析79-80
• 7.2 电流内环 C 代码自动生成系统的搭建及其试验结果80-81
• 7.2.1 电流内环代码自动生成模型的建立80
• 7.2.2 电流内环仿真结果及其分析80-81
• 7.3 系统级 C 代码自动生成系统的搭建及其试验结果81-82
• 7.3.1 系统级仿真模型的建立81
• 7.3.2 系统级仿真结果及其分析81-82
• 7.4 变量设置与程序代码分析82-88
• 7.4.1 变量设置82-85
• 7.4.2 代码分析85-88
• 8．总结与展望88-90
• 8.1 工作总结88
• 8.2 下一步工作展望88-90
• 参考文献90-94
• 附录：研究生阶段发表论文94-95
• 致谢95-96

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