单相光伏并网发电系统的研究

论文摘要

太阳能被认为是21世纪最重要的能源之一,它以分布广泛、可再生、不污染环境等优点成为国内外研究的热点,而光伏并网发电技术的研究更是受到人们广泛关注。本文在研究双级式单相光伏并网系统的电路结构和控制策略基础上,设计了基于DSPLF2407A的320W光伏并网发电系统。论文首先详细分析了光伏并网系统的工作特性,确定系统的控制方案以及拓扑结构。论述了单相并网逆变器工作原理,并采用小信号的方法分析了系统开环和闭环状态下逆变器输出响应特性。为了抑制电网电压波动对系统性能的影响本文引入了电网电压前馈补偿有效地提高了系统的稳定性。根据光伏电池输出功率非线性特性,利用软件建立了其仿真模型,并对不同温度及不同日照强度下的太阳能电池输出特性进行了仿真研究。为了提高系统的整体效率,最大功率点跟踪(MPPT)是必不可少的部分。本文在分析已有最大功率跟踪点控制方法优缺点的基础上,采用了一种改进的扰动观察法实现最大功率点跟踪控制,从而提高光伏发电系统的效率。根据以上分析和研究,建立了单相光伏并网发电系统的仿真模型,通过仿真验证了改进的扰动观察法和电压外环电流内环加电网电压前馈补偿控制方法的可行性。针对320W光伏发电系统的技术参数,搭建了单相光伏并网逆变器的试验平台,试验结果验证了本文所采用控制算法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国外光伏发电的研究现状
• 1.3 国内光伏发电的研究现状
• 1.4 本文所做的工作
• 2 并网系统方案及工作原理
• 2.1 光伏并网发电系统的拓扑
• 2.1.1 逆变器的选择
• 2.1.2 电流跟踪方式
• 2.1.3 系统的总体结构
• 2.2 DC/AC控制环节的分析
• 2.2.1 光伏发电系统对DC/AC变换器的要求
• 2.2.2 并网逆变器的数学模型
• 2.2.3 PI调节器的设计
• 2.2.4 前馈补偿
• 2.2.5 逆变器输出电流控制的MATLAB仿真
• 2.3 双级式光伏并网系统的控制
• 3 光伏电池特性及最大功率点跟踪
• 3.1 光伏电池的基本原理及输出特性
• 3.1.1 光伏电池的基本原理
• 3.1.2 光伏电池的输出特性
• 3.1.3 Buck电路实现MPPT
• 3.2 光伏电池的最大功率点跟踪方法
• 3.2.1 恒定电压跟踪（CVT）法
• 3.2.2 扰动观察法
• 3.2.3 导纳增量法
• 3.3 改进的扰动观察法
• 3.4 仿真分析
• 3.4.1 MPPT仿真分析
• 3.4.2 级式光伏并网系统的仿真分析
• 4 单相并网系统硬件结构及软件设计
• 4.1 主电路的参数选择
• 4.1.1 Buck电路主要参数设计
• 4.1.2 逆变器主要参数设计
• 4.2 控制系统电路的设计
• 4.2.1 控制芯片的介绍
• 4.2.2 检测及调理电路的设计
• 4.2.3 并网同步的实现
• 4.2.4 IGBT驱动电路的设计
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 最大功率点跟踪的软件流程图
• 4.3.2 并网逆变的流程图
• 5 实验结果及分析
• 5.1 光伏特性曲线实验测试
• 5.2 实验结果分析
• 5.2.1 最大功率点跟踪的实验分析
• 5.2.2 并网逆变部分的实验分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文情况