单相光伏发电并网系统的研究

【摘要】：随着人类社会的不断发展,人们对物质的需求不断提升,对能源的要求也与日俱增,但是地球上不可再生的化石能源储量有限,寻找清洁能源代替化石能源也就迫在眉睫。太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源有着广泛的应用。随着科学技术的不断发展,光伏发电技术也逐渐走进人们的视线。随着光伏电池组件成本的降低,光伏发电技术的不断成熟,光伏发电技术将越来越受到人们的关注,我国已将光伏发电列入“十二五”规划重点发展的对象。 本文阐述了小功率太阳能光伏发电系统的结构组成、电路拓扑结构、控制原理设计等问题,就光伏并网发电系统中的一些关键问题如：逆变器输出与电网电压同频同相、光伏电池阵列最大功率跟踪控制和光伏发电系统的独立发电与并网发电模式间的切换等问题作了详细分析,对光伏逆变器控制进行仿真实验,针对单电流环控制的不足,提出了相应的双环控制策略,对光伏并网系统研究具有一定的参考价值。 本论文首先对目前太阳能的发展状况做了简要介绍,对单相光伏发电系统的结构组成进行了简要的阐述,给出单相光伏发电系统一个总体的概念；其次,研究了光伏发电系统中的最大功率跟踪环节,结合电导增量法最大功率跟踪控制策略,采用Matlab/Simulink搭建系统仿真模型,针对太阳能电池在不同条件下的输出特性进行功率跟踪实验分析,选用80C196KC单片机芯片作为Boost变换电路的控制器,对控制器硬件的电路和软件进行了设计；第三,对太阳能光伏并网逆变器的拓扑结构作了详细的分析,阐述了光伏逆变器独立工作模式和并网工作模式的相互转换,采用一种采用三相逆变器模块作为单相并网逆变器,实现逆变和交流系统切换的功能；最后,对并网逆变器的控制策略进行了研究,针对单电流环控制存在的不足本文采用了双环的控制方法,并对电流内环控制和引入电压前馈补偿电流内环控制进行对比,通过PSIM软件进行了仿真研究,验证其可行性。由于仿真结果得出的输出并网电流存在纹波问题,产生纹波的原因跟参数的选择之间的关系通过数学公式推导和仿真实验进行了验证,得出纹波电流的大小与直流侧电压和电感的取值有密切的关系。 【关键词】：光伏逆变器 最大功率跟踪 Boost升压变换器 双环控制
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：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11-13
• 1.1.1 课题研究的背景11
• 1.1.2 课题研究的意义11-13
• 1.2 光伏发电在国内外的发展及研究现状13-14
• 1.2.1 国外光伏发电的基本现状13
• 1.2.2 国内光伏发电的基本现状13-14
• 1.3 本文研究的主要内容14-16
• 第2章 光伏发电系统介绍16-23
• 2.1 光伏发电系统的分类16-18
• 2.1.1 独立式光伏发电系统16
• 2.1.2 并网式光伏发电系统16-17
• 2.1.3 混合式发电系统17-18
• 2.2 并网式光伏发电系统主电路结构18-22
• 2.2.1 单相光伏发电并网系统的组成18-20
• 2.2.2 并网式光伏发电系统的电路拓扑20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 最大功率跟踪问题的研究23-40
• 3.1 太阳能电池的原理及输出特性23-26
• 3.1.1 太阳能电池的基本原理与构造23-24
• 3.1.2 太阳能电池的输出特性24-26
• 3.2 最大功率理论分析26-27
• 3.3 常用最大功率点跟踪方法分析与比较27-31
• 3.3.1 电压反馈法27
• 3.3.2 直线近似法27-28
• 3.3.3 功率扰动观察法28-29
• 3.3.4 电导增量法29-31
• 3.4 DC/DC变换电路的MPPT功能实现31-39
• 3.4.1 典型的DC/DC变换电路和实现功率跟踪变换电路的选取31-35
• 3.4.2 Boost变换器实现最大功率点跟踪拓扑电路设计35-37
• 3.4.3 Boost变换电路参数选取37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 最大功率跟踪系统的仿真实验与系统设计40-50
• 4.1 基于电导增量法的最大功率跟踪仿真实验及系统控制电路设计40-45
• 4.2 基于80C196KC芯片的硬件电路和软件设计45-49
• 4.2.1 基于80C196KC芯片硬件电路设计45-48
• 4.2.2 软件设计48-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第5章 并网逆变器及控制算法实现50-69
• 5.1 光伏并网逆变器的选择50-55
• 5.1.1 并网型光伏发电逆变器的选择要求50-51
• 5.1.2 改进的并网逆变器设计51-53
• 5.1.3 改进后的并网逆变器工作原理53-55
• 5.2 并网逆变器控制策略55-64
• 5.2.1 单电流环模型分析及控制器设计56-59
• 5.2.2 单电流环控制仿真实验和结果分析59-60
• 5.2.3 引入电压前馈内环控制策略及仿真分析60-64
• 5.3 对实验结果产生的纹波电流分析64-68
• 5.3.1 纹波电流数学分析64-66
• 5.3.2 参数变化对纹波电流的影响仿真实验66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74

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