基于微电网的光伏发电系统研究

【摘要】：进入21世纪，随着石油、煤等不可再生能源的枯竭，人类进入大规模开发利用新能源的关键期。可再生能源发电成为新能源利用的重要途径，然而随着越来越多的分布式发电接入配电网，传统配电网的结构将发生变化。分布式发电大量采用现代电子技术，同时也产生大量影响电能质量的谐波，会威胁配电网的安全运行，给新能源的利用造成了阻碍。微电网概念的提出为新能源的利用提供了新的思路。微电网能够充分发挥新能源的特点，是未来人类能源与环境的钥匙，可以预见，围绕新能源的利用，微电网的建设在21世纪会出现高速的发展期。本文以微电网为核心技术，围绕光伏发电，对微电网的运行，控制技术和光伏发电技术进行了研究。 本文对微电网系统控制和运行、光伏发电系统的控制等方面进行研究，详细的介绍了微电网运行的控制思想和光伏逆变电源的控制策略。本文在对介绍的控制策略进行仿真的基础上，搭建了一套实验样机。论文的主要工作如下： （1）阐述了微电网的发展历程以及建立微电网的必要性和可行性，介绍了光伏发电的基本方法，研究了控制光伏电池最大功率输出的最大功率点跟踪算法。 （2）设计了一个无逆流微电网系统，主要控制包括微网控制器、负载控制器和光伏逆变控制器，此微电网系统主要是基于光伏发电。微网控制策略主要作用是控制微电网并网运行和孤网运行，同时控制光伏发电的最大功率输出和指定功率输出，指定功率输出的主要目的是使光伏发电的电功率不向大电网输出，避免给大电网的正常运行带来威胁。 （3）分析了三相逆变电路的拓扑结构，改进了传统的光伏逆变系统，不仅可以进行最大功率跟踪并输出最大有功功率，还可以通过微网控制器输出指定的有功功率和无功功率。应用MATLAB仿真软件对三相逆变系统进行仿真，分析逆变系统的总体性能，验证设计思想的可行性。 （4）对上面的设计模型进行实物设计，搭建了一套满足项目要求的实验样机，系统主要采用TI公司的TMS320F28335DSP作为控制核心，给出各主要模块的软件设计流程图。 【关键词】：微电网 微网控制器 控制策略 功率控制 光伏逆变电源
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 引言10-15
• 1.1 太阳能利用的概述10-11
• 1.1.1 太阳能的利用形式10
• 1.1.2 太阳能的利用现状10-11
• 1.2 微电网的概述11-12
• 1.2.1 微电网的概念11-12
• 1.3 国内外微电网的发展现状12-14
• 1.3.1 国内微电网的发展现状12-13
• 1.3.2 国外微电网的发展现状13
• 1.3.3 微电网的发展趋势13-14
• 1.4 本文的主要工作14-15
• 第2章 微电网中光伏电池研究15-20
• 2.1 光伏电池的等效电路15-16
• 2.2 最大功率点跟踪算法16-17
• 2.3 最大功率点跟踪算法的研究17-19
• 2.3.1 MPPT 在电力电子技术应用方面的研究进展17
• 2.3.2 最大功率点跟踪在控制理论方面的研究进展17-18
• 2.3.3 最大功率点跟踪方法的比较18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第3章 无逆流微电网系统设计20-31
• 3.1 无逆流微网系统结构设计20-22
• 3.1.1 无逆流微电网系统结构图20-21
• 3.1.2 无逆流微电网系统主要组成21-22
• 3.2 微电网的运行方式22-24
• 3.2.1 并网运行方式22-23
• 3.2.2 孤网运行方式23-24
• 3.3 微电网的控制方法24-25
• 3.3.1 微电网运行综合控制24-25
• 3.3.2 微电网电能质量优化控制25
• 3.4 微电网经济运行优化控制25-27
• 3.5 基于 CAN 总线的微电网内部通信结构27-30
• 3.5.1 CAN 总线的结构28-29
• 3.5.2 CAN 总线在微电网内的应用29-30
• 3.6 本章小结30-31
• 第4章 光伏发电系统设计31-39
• 4.1 功率可控逆变电源控制技术31-33
• 4.1.1 光伏逆变电源的主电路拓扑31-32
• 4.1.2 滤波器设计32-33
• 4.2 光伏逆变系统控制技术33-38
• 4.2.1 光伏逆变系统控制框图33-35
• 4.2.2 光伏逆变器功率控制策略35-37
• 4.2.3 光伏逆变器并网控制方法37-38
• 4.3 本章小节38-39
• 第5章 基于微网运行的光伏发电系统仿真与实验39-57
• 5.1 光伏发电系统结构39
• 5.2 硬件设计39-52
• 5.2.1 控制芯片设计39-44
• 5.2.2 开关器件电路设计44-49
• 5.2.3 缓冲吸收电路49-51
• 5.2.4 采样电路设计51-52
• 5.3 软件设计52-53
• 5.4 光伏逆变器并网运行仿真53-54
• 5.5 仿真结果分析54-56
• 5.6 本章小节56-57
• 第6章 全文总结与展望57-59
• 6.1 全文工作总结57
• 6.2 今后工作展望57-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-63
• 附录攻读学位期间发表的学术论文目录63

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