配电网中光伏并网逆变系统的控制策略研究及实现

【摘要】：随着全球经济的飞速发展，能源资源逐渐被消耗殆尽，而随之产生的环境污染也日益严重，能源短缺和环境污染已成为二十一世纪人类急需解决的重大问题之一。新能源和可再生能源的开发与利用已成为当今世界研究的热点，而太阳能以其清洁、高效及资源丰富、分布广泛等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的产业，是最具发展潜力的新能源之一。本文以带有无功补偿和谐波抑制功能的光伏并网逆变系统为研究对象，对太阳能电池的输出特性及数学模型、最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT）方法、并网发电与有源滤波综合控制策略等问题进行了深入研究。并在此基础上研制了一台基于DSP的单相光伏并网发电装置。 首先，建立太阳能电池数学模型，分析其输出特性。太阳能电池的功率输出为非线性函数，受外界环境的影响较大，为获得最大功率输出，需对它进行最大功率点跟踪（MPPT）控制。在分析目前常用的MPPT控制方法后，提出了一种固定电压法（Constant Voltage Tracking，简称CVT）与准滑模变结构相结合的控制方法，首先采用固定电压法使其达到控制目标后，再采用准滑模方法进行控制。这种方法的优点在于，当外界环境发生突变时，MPPT控制由固定电压法来实现，准滑模控制主要对最大功率点附近的状态进行优化，通过对滑动模态区域的设置改变，缩小控制步长，有效的减小系统在最大功率点的振荡。 其次，随着大量非线性负载的使用，具有无功补偿和谐波抑制功能的光伏并网逆变系统对提高电网负载能力、改善电能质量具有非常重要意义。在研究了诸多谐波检测方法的基础上，提出了一种改进的谐波检测方法，其具有计算量小、精度高、动态性能好的特点，并结合新型复合并网控制方法实现对并网发电与有源滤波的统一控制。新型复合并网控制方法利用重复控制来无静差的跟踪参考指令信号，消除周期性扰动，提高稳态输出精度；同时采用自适应滞环控制来提高系统的动态性能。大大改善了电网的电能质量，提高了并网逆变器的效率。 最后，本文详细分析了该光伏并网逆变系统的主电路、控制电路及数字信号处理器等部分，并对主电路的关键参数的选择及滤波电路进行设计，针对各项主要技术参数，提出系统的总体设计方案。设计了一台基于DSP芯片TMS320F2812的单相光伏并网发电装置，对控制策略进行了试验验证。 【关键词】：并网逆变系统 最大功率点跟踪 谐波检测 新型复合控制 硬件设计
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 光伏发电的背景与意义10-14
• 1.1.1 当今能源形势10-13
• 1.1.2 太阳能资源分布13-14
• 1.2 光伏发电现状及前景14-18
• 1.2.1 国外光伏发电现状及前景14-16
• 1.2.2 国内光伏发电现状及前景16-18
• 1.3 本文所做的工作18-19
• 第二章 光伏阵列最大功率点跟踪方法研究19-27
• 2.1 太阳能电池等效数学模型及输出特性19-20
• 2.1.1 太阳能电池等效数学模型19-20
• 2.1.2 太阳能电池输出特性20
• 2.2 经典 MPPT 控制方法介绍20-22
• 2.3 改进的 MPPT 控制方法的研究22-26
• 2.3.1 Cuk 变换电路数学模型22-24
• 2.3.2 改进准滑模控制器设计24-25
• 2.3.3 系统仿真分析25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 光伏并网逆变系统控制策略研究27-35
• 3.1 谐波检测方法的研究现状27-29
• 3.2 并网发电与有源滤波复合控制策略29-33
• 3.2.1 改进的谐波电流检测及并网指令电流合成算法29-30
• 3.2.2 新型复合控制30-33
• 3.3 系统仿真分析33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 基于 DSP 的光伏并网逆变系统的设计与实现35-48
• 4.1 DSP TMS320F2812 概述及应用35-38
• 4.1.1 事件管理器（EV）37-38
• 4.1.2 ADC 模块38
• 4.2 主电路设计38-42
• 4.2.1 DC-DC 电路参数选择39-40
• 4.2.2 DC-AC 参数选择40-42
• 4.3 控制系统设计42-46
• 4.3.1 驱动电路42-43
• 4.3.2 隔离电路43-44
• 4.3.3 采样电路44-46
• 4.4 硬件系统优化设计46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第五章 试验结果与分析48-53
• 5.1 采样电路板波形48-49
• 5.1.1 直流侧电压波形48
• 5.1.2 电网电压波形48-49
• 5.1.3 并网电流波形49
• 5.2 只输出有功功率时的并网波形49-50
• 5.3 实现谐波抑制功能时的波形50-51
• 5.4 同时实现有功与谐波抑制功能的波形51-53
• 第六章 总结53-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-60
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表论文60-61
• 附录 B 攻读硕士学位期间参与研究项目61-62
• 附录 C 攻读硕士学位期间已申请专利62

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于DSP的光伏并网逆变器并网控制的优化研究    彭振江

有源滤波装置中逆变电路的设计    夏向阳;肖德祥;

我国太阳能光伏产业的发展机遇与战略对策    沈辉;舒碧芬;闻立时;

基于重复控制的有源滤波器的三态滞环控制方法    唐欣;罗安;

基于重复控制的有源滤波器双闭环控制    唐欣;马迎召;李红涛;

太阳能发电综合应用系统    赵争鸣;刘建政;孟硕;孙晓瑛;吴理博;王键;

太阳能光伏发电发展现状与趋势    蔡宣三;

以电导增量法实现MPPT的单级光伏并网逆变器    叶满园;官二勇;宋平岗;

几种光伏系统MPPT方法的分析比较及改进    徐鹏威;刘飞;刘邦银;段善旭;

一种用于逆变电源的新型重复控制器设计    胡兴柳;

光伏发电系统变步长MPPT控制策略研究    张超;何湘宁;赵德安;

高频隔离式光伏并网逆变器的研制    朱炜锋

太阳能发电并网系统的研究    卢婷

工频隔离的光伏并网逆变器的研制    金结红

谐波基函数神经网络在谐波检测中的应用    王振

清洁能源的发展现状及其在农业领域的应用    陆文敏

基于FFT和小波变换的电能质量实时监测仪的研究    孙鸿婷

西安实施太阳能建筑一体化规模化供热适宜性研究    刘寅;李安桂;周光辉;

柔性交流输电系统重点设备分析    叶海峰,汪翔,张志杰

按不同的补偿目的计算集中补偿电容器容量    高振华;

含有光伏电源的微网综述    王锡琳;

三相光伏并网发电系统的建模与仿真    陶晓峰;谢君;

变电站光伏直流系统的研究与应用    林航;陈晓明;

三相四线制DSTATCOM的无功补偿装置设计    李彦;

湖北省发展能源农业的优势与对策    杨新笋;张琳;程航;周宏;黄钺;雷剑;张似松;

电力系统谐波检测技术及DSP实现    杨福猛;袁晓斌;马鑫金;徐伦;

太阳能供电与半导体制冷箱的设计    张曦;

浅析工厂谐波的产生原理及治理办法    徐轲;郑华敏;许思维;

无轴承异步电机径向悬浮力的微分几何变结构解耦控制    董磊;刘贤兴;孙宇新;

基于模糊的电气伺服系统等效滑模变结构控制    杨林;樊立萍;

基于滑模观测器和变结构控制的小卫星姿态控制系统设计    张娴;程月华;姜斌;

针对时滞系统的RBF神经网络滑模控制策略    王亚慧;程培新;赵亚丹;张桐;

PWM整流器直接功率控制的新型调制策略    郑征;王聪;赵焕;

新型切换函数滑模控制    李岳明;万磊;王波;

基于云模型的非线性系统智能滑模控制    孙衢;王永玉;

伺服系统位置控制中基于扩展状态观测器的变结构控制    靳添絮;刘立;陈树新;卢月品;

一种基于dp/dv=0的最大功率跟踪控制策略    荣延泽;刘士荣;毛军科;李松峰;

绳索牵引机器人及虚拟重力系统研究    刘攀

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

电能质量相关信号的S变换检测算法及应用研究    全惠敏

城市能源战略储备系统研究    秦青林

我国太阳能光伏产业投资风险及决策研究    朱震宇

并联型有源电力滤波器谐波检测及控制技术研究    谢斌

Buck型逆变器高阶系统布尔型滑模控制及反馈线性化最优控制研究    陈江辉

线控转向系统主动安全预测控制策略的研究    罗石

基于Z拓扑的光伏并网逆变器研究    程如岐

产业集群与循环经济的关系研究    张伟

平面二级倒立摆的控制策略研究    张蛟龙

用于矿灯充电的独立光伏系统研究    毛娟

太阳能光伏发电单相并网逆变器研究    李本元

基于DSP的三相四线制有源电力滤波器的研究    张云波

太阳能LED照明系统控制器的设计    杜守增

三相四线制并联型有源电力滤波器的研究    徐坤山

基于ATMEGA64的磁阀式可控电抗器的控制研究    李宜娟

迟滞系统的滑模变结构控制算法研究    何凤平

减摇鳍电液负载仿真台控制系统的分析设计    王仁政

二级倒立摆控制方法研究    姜辉

基于DSP控制的单相光伏并网逆变器设计    夏向阳;唐伟;冉成科;张旻;唐卫波;周峰;

规则采样对载波移相SPWM输出基波相位滞后的影响    袁志昌;宋强;刘文华;

基于F2812的UPS软件锁相技术    廖慧;丘水生;张隽;陈艳峰;

一种新型的不对称规则SPWM采样法    李扶中;熊蕊;

基于全数字锁相环的电网频率跟踪技术    王伟;张志文;罗隆福;曾志兵;

一种基于TMS320F2812的软件锁相环实现方法    刘翔;张爱玲;

三相 SPWM 逆变电源重复控制技术的研究    康勇,詹长江,彭力,陈坚

光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法    董密;罗安;

基于软件锁相技术的光伏并网系统基准正弦电路    郑翔骥;陈道炼;

基于DSP的光伏并网发电系统软件锁相技术    马茜;戴瑜兴;易龙强;

太阳能光伏并网发电系统的研究    赵为

电力系统无功补偿装置的研究    赵磊

单相光伏并网逆变器的研究与设计    齐乐

并网光伏电站分布式数据采集监测系统的研究    刘莉敏

高精度自动变模控制全数字锁相环的研究    耿计芳

单相光伏并网逆变器的研制    张凌

基于全数字锁相环的感应加热电源研制    张文

基于DSP的光伏并网逆变系统的研究    吴丽萍

光伏并网逆变器的研制    杨军

光伏发电系统MPPT控制方法的研究    王岩

CMOS电荷泵锁相环的研究与设计    王瑾

国内外光伏发电的新进展    昌金铭;

小功率光伏并网逆变器控制系统的设计    李进国,金新民

最大功率跟踪的光伏并网逆变器研究    杨海柱,金新民

人类理想的新能源——太阳能发电    陈幼松

基于DSP的小功率光伏并网逆变器的设计    杨军;金新民;童亦斌;

多层前馈神经网络在电力系统谐波测量中的应用    李红,马新瑜

西藏双湖25kW光伏电站交流配电系统的设计与实施    孙广生

滞环控制变流器的开关频率研究    张加胜,郝荣泰

高通和低通滤波器对谐波检测电路检测效果的影响研究    王群,姚为正,王兆安

串联型有源电力滤波器控制方式的研究    姚为正,王群,刘进军,王兆安

智能控制在电力系统谐波抑制中的应用    童梅

太阳能光伏并网发电系统的研究    赵为

基于FFT和小波变换的电力系统谐波检测方法研究    亓学广

太阳能光伏发电并网逆变装置    孙本新

人工神经网络在电网谐波监测中的研究    于静

基于ARM的嵌入式系统在电力谐波检测分析中的应用研究    曹昕鸷

电力谐波监测仪及其通讯技术的研究    严克剑

基于ARM和DSP的电能质量监测仪的研究    饶丽华

高精度电网谐波测量与分析系统的研究    陈玥名

基于ARM的电网参数综合监测仪的研制    刘高峰

基于DSP的电力系统电压测量装置设计    陈理;吴为麟;

太阳能光伏发电在上海电网中的运用与展望    龚华;

微型燃气轮机发电系统并网运行和孤网运行仿真    宋明玉;曾成碧;

基于MC68HC908MR16数字化控制的不间断电源系统    任祖德;苏建徽;

基于DSP的三相SPWM逆变系统的设计    陈曦;马江华;杨振兴;柳国辉;

燃煤磁流体发电的逆变系统    赵以钰;吕友昌;周丕钧;潘卫民;

微机电源智能化逆变系统的设计和应用    王杰

一种中频大功率三相逆变电源的设计    梁静坤;吴梅娟;张春平;

太阳能光伏发电系统的设计    潘柏英;

受控的大电流—紧凑型汽车动力系统    Paul Newman;

高压大功率三电平逆变系统故障特性分析与保护原理研究    刘健;尹项根;张哲;唐萍;熊卿;王存平;

基于PSIM9.0的单相光伏逆变系统的仿真研究    孙冰;白树忠;郑世松;

逆变器在PV发电系统的应用    张淼;冯垛生;

混合五开关五电平独立光伏发电逆变系统研究    李天博;苏丹;陈坤华;

光伏并网逆变系统MPPT算法仿真与研究    刘鑫;石景波;

安徽首座变电站光伏并网发电系统的研究与应用    谢红福;何鸣;张可;王晓;

洁净能源发电装置的研究与设计    高金波;刘畅;

太阳能光伏产业的发展催化我国钢丝深加工技术的提升    李国府;吴文晨;宋仁伯;袁康;

光伏玻璃中铁及其他着色金属离子的控制和管理    付玉生;张健;

经济转型背景下中国光伏产业培育和发展初探    唐青;

太阳能光伏产值剑指250亿    

广东东莞新兴产业发展锁定“太阳能光伏”    赵阳

光伏：2012年产值有望达到500亿    刘辉张民强 记者 赵晓强

测绘助推江西新余光伏产业发展    李叶青　胡婷然

太阳能光伏产业盛事将在上海举办    朱培

节能减排促我省光伏产业发展    记者 芦瑞

新余抢占光伏产业世界制高点    记者 徐国平

世界光伏产业及市场发展概况    

国产装备托起光伏产业    本报记者 左丹

我国光伏产业的机遇与挑战    王长贵

LCL滤波的并网逆变系统及其适应复杂电网环境的控制策略    王要强

数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用    杨金辉

大功率光伏并网逆变系统研究    马亮

基于Z源网络的光伏并网逆变系统的研究    刘鸿鹏

小型光伏系统及其关键问题研究    胡义华

光伏逆变器地电流分析与抑制    苏娜

户用式光伏并网发电控制策略的研究    任碧莹

我国太阳能光伏产业投资风险及决策研究    朱震宇

太阳能光伏产业链垂直一体化构建研究    耿亚新

光伏产业国际竞争力研究    陈晓燕

配电网中光伏并网逆变系统的控制策略研究及实现    周峰

光伏并网逆变系统的分析与改进    刘兴旺

3KW光伏并网逆变系统的设计与实现    许颖齐

家用型光伏逆变系统的设计与研究    徐淑珍

小型离网光伏逆变系统研究与设计    江新金

光伏并网逆变系统的研究与设计    桑福环

单相光伏并网逆变系统控制策略的研究    井少朋

光伏离网逆变系统的传导电磁干扰技术研究    肖家旺

Z源光伏并网逆变系统的研究    王建信

单相并网型光伏逆变系统研究    张久亮