光伏发电并网逆变器控制策略优化研究

论文摘要

为提高光伏电池输出电能的利用效率,优化光伏并网发电系统的并网电能质量,本文对光伏并网逆变器的最大功率点跟踪(MPPT)控制和并网电能的无功与谐波控制方法进行了研究。为使光伏电池内阻和负载电阻匹配,输出当前环境条件下的最大功率,本文采用模糊控制算法,基于BOOST升压变换器,实现最大功率点跟踪控制。利用SIMULINK工具对上述控制方法进行了仿真,结果证明模糊控制改进了传统最大功率点跟踪控制方法的缺陷,使控制寻优过程达到了精确性和快速性的统一,同时提升了直流侧的电压,避免了并网时使用工频升压变压器的弊端。由于光伏并网发电系统采用电流源型并网方式,就要使并网电流跟踪电网电压的基波波形以实现系统对电网完全输出有功功率。而电网电压经常会受到谐波信号的干扰,严重影响并网电流的跟踪效果。同时,逆变器属于电力电子设备,工作时处于高频的开关状态,使得逆变输出电能中含有谐波,如果不加以控制,就会形成对电网电能的污染。为此,本文利用同步重复PI控制方法,基于电压空间矢量脉宽调制技术(SVPWM),实现对光伏并网电能质量的控制。同步重复PI控制方法把系统分析的坐标空间转换到跟电网电压的基波信号同步旋转的坐标系中,通过解耦控制实现了有功和无功分量的单独控制。在此空间中采用重复PI控制既可以实现对电网电压的快速跟踪,又可以消除系统中存在的周期性扰动信号(谐波),从而达到了优化并网电能质量的目的。最后用SIMULINK工具仿真实现了上述控制方法,通过添加电网电压谐波扰动信号验证了这种控制方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 光伏发电产业现状
• 1.3.2 光伏发电系统研究现状
• 1.3.3 光伏并网发电控制研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 光伏电池工作特性的建模仿真
• 2.1 太阳能电池工作原理
• 2.2 太阳能电池输出的外特性
• 2.2.1 太阳能电池输出的温度特性
• 2.2.2 太阳能电池输出的光照特性
• 2.3 光伏电池等效模型的建模仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 光伏电池输出的最大功率点跟踪控制
• 3.1 最大功率点跟踪原理
• 3.2 DC-DC 变换器的控制原理
• 3.2.1 BUCK 降压变换器
• 3.2.2 BOOST 升压变换器
• 3.3 最大功率点跟踪算法
• 3.3.1 扰动观察法
• 3.3.2 电导增量法
• 3.3.3 模糊控制法
• 3.4 最大功率点跟踪算法仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 逆变器输出电能的无功与谐波控制
• 4.1 输出电能无功与谐波控制的必要性
• 4.2 逆变电路的控制原理
• 4.2.1 方波逆变电路
• 4.2.2 SPWM 逆变电路
• 4.2.3 SVPWM 逆变电路
• 4.3 逆变器输出电能优化控制算法
• 4.3.1 PI 控制算法
• 4.3.2 无差拍控制算法
• 4.3.3 重复控制算法
• 4.4 同步重复PI 控制优化方法
• 4.4.1 空间矢量变换原理
• 4.4.2 控制原理
• 4.5 同步重复PI 控制方法仿真分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要