独立运行直流分布式系统接口变流器控制技术研究

论文摘要

基于可再生能源的直流分布式发电是最具发展潜力和前途的技术之一。因此,实现分布式系统的能量优化控制已成为当前的研究热点,本文应用直流母线信号法实现系统能量优化控制。本文研究对象为由光伏、蓄电池、燃料电池及本地负载组成的独立运行直流分布式系统。文中对光伏阵列的输出特性进行了分析,对传统电压扰动观测法的缺点与成因进行了讨论,并通过改进控制算法进行了改进控制,其不仅克服了原有控制方法中稳态占空比波动的缺点,而且通过最大功率跟踪与母线电压相结合的控制方法改进了系统的稳定性。文中详细分析了蓄电池的工作特性,指出控制方法中影响系统稳定性的因素,并对其接口变换器进行有效控制,在负载波动的情况下,可以稳定母线电压,保持良好的工作性能。对于燃料电池单元,考虑最小经济运行并兼顾了蓄电池的充电。论文详细讨论了分布式系统运行时各个电源模块的工作状态,给出系统能量优化的各模块独立控制策略,详细分析了系统中各个电源变换器的结构、原理与控制方法,并对一个四节点的分布式直流系统进行仿真,以验证该方法的可行性。文章试验部分采用TI公司的DSP2407作为核心芯片,搭建了分布式系统实验平台,讨论了系统主要硬件的工作原理,给出了系统控制框图,最后通过试验验证了理论的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 分布式发电简述
• 1.1.2 分布式系统的优越性
• 1.1.3 分布式发电的应用
• 1.2 目前研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 光伏电池仿真模型建立与控制研究
• 2.1 光伏电池的仿真模型
• 2.1.1 光伏阵列输出特性
• 2.1.2 光伏阵列数学模型的建立
• 2.1.3 光伏阵列仿真模型
• 2.2 光伏阵列控制实现
• 2.2.1 扰动观测和母线电压调节相结合的控制策略
• 2.2.2 改进的MPPT 控制策略
• 2.3 改进电压扰动控制方法验证
• 2.3.1 仿真验证
• 2.3.2 试验验证
• 2.4 本章小结
• 第3章 独立运行直流分布式系统蓄电池变流器控制技术研究
• 3.1 铅酸蓄电池基本理论
• 3.1.1 阀控铅酸蓄电池的工作原理
• 3.1.2 阀控铅酸蓄电池的充放电特性
• 3.2 蓄电池充电方法研究
• 3.2.1 蓄电池二阶段充电法
• 3.2.2 分布式系统中蓄电池容量的选择
• 3.3 独立运行直流分布式系统蓄电池控制方法
• 3.4 蓄电池控制方法验证
• 3.4.1 蓄电池控制方法仿真验证
• 3.4.2 蓄电池控制方法试验验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 燃料电池原理与控制研究
• 4.1 燃料电池基本原理
• 4.1.1 燃料电池的种类
• 4.1.2 燃料电池工作原理
• 4.2 燃料电池控制方法
• 4.3 燃料电池控制方法验证
• 4.3.1 燃料电池仿真
• 4.3.2 燃料电池试验
• 4.4 本章小结
• 第5章 独立运行直流分布式系统能量优化控制
• 5.1 独立运行直流分布式系统结构
• 5.2 独立运行直流分布式系统能量优化控制实现
• 5.3 分布式系统能量优化控制仿真验证
• 5.4 本章小结
• 第6章 系统软硬件实现
• 6.1 系统主要硬件介绍
• 6.1.1 数字信号处理器简介
• 6.1.2 驱动电路
• 6.1.3 电压电流检测电路
• 6.1.4 CPLD 逻辑电路
• 6.1.5 程序流程图
• 6.2 独立运行直流分布式系统实验
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介