基于光伏智能功率模块的单相光伏并网系统研究

论文摘要

随着经济的发展和社会的进步,能源需求日益增长,常规能源越来越供不应求。同时,常规能源的大量使用造成了世界范围内的环境污染和生态恶化。因此新能源的开发和应用成为当今世界发展的必然趋势。太阳能是一种十分具有潜力的新能源,光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一。太阳能光伏发电对缓解能源危机和减少环境污染具有重要的意义,并具有广阔的应用前景。本文针对光伏并网系统的若干关键技术进行了研究。论文详细分析了各种最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）控制方法的优缺点。针对广泛应用的电导增量法步长过小会使跟踪速度变慢、步长太长又会使系统振荡加剧影响跟踪精度的缺点,给出一种变步长的改进控制策略,达到跟踪速度和精度最佳平衡。经过分析选用Matlab/Simulink和PLECS软件对改进算法进行了仿真研究。为了仿真需要本文建立了光伏阵列的通用模型,现有的很多电池模均需要一些非制造厂商很难获得的参数,建模难度较大,本论文的通用模型只需要电池厂商提供的五个常规参数即可获得光伏阵列的输出特性曲线。针对光伏并网系统电流控制问题,本文通过对系统传递函数的分析,详细探讨了传统PI校正三角波比较电流控制方法的控制性能,指出其在跟踪正弦波指令信号时存在一定的误差。在此基础之上,提出一种将电网干扰和参考电流输入相统一、PI控制和重复控制结合的复合型控制器,给出了其理论依据、实现方法和控制性能。仿真分析显示其误差较小,只有常规PI控制的34%和32%。为了验证理论分析的正确性和仿真研究的有效性,本文建立了光伏发电系统实验平台。以TMS320LF2407A信号处理器为主控芯片对其进行了软硬件设计,以光伏专用智能功率模块PV-IPM为基础设计了系统的主电路并进行了参数计算,进行了实验调试并对实验结果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 光伏并网发电的发展与应用
• 1.2.1 国外光伏并网发电的发展
• 1.2.2 国内光伏并网发电的现状及展望
• 1.3 光伏发电系统的基本构成
• 1.4 光伏并网发电的关键技术问题及研究现状
• 1.4.1 系统架构和拓扑
• 1.4.2 最大功率点跟踪控制
• 1.4.3 电流并网控制策略
• 1.5 本论文的主要工作
• 2 光伏并网系统MPPT 控制策略
• 2.1 固定阵列最佳倾角的确定
• 2.1.1 计算方法
• 2.1.2 计算结果分析
• 2.2 光伏阵列最大功率点跟踪控制方法
• 2.2.1 基于优化的数学模型的MPPT 控制方法
• 2.2.2 基于扰动的自寻优式MPPT 控制方法
• 2.2.3 基于智能处理方法和其他非线性控制策略的MPPT 控制方法
• 2.2.4 基于输出端控制的MPPT 控制方法
• 2.2.5 选择光伏阵列最大功率点跟踪控制方法时应考虑的问题
• 2.3 光伏阵列最大功率点跟踪控制方法研究发展方向
• 2.4 改进的增量电导法
• 2.4.1 控制思想和程序流程图
• 2.4.2 仿真环境介绍与光伏阵列通用模型
• 2.4.3 改进电导增量法仿真研究
• 3 单相两级式并网系统后级逆变桥的控制策略
• 3.1 并网逆变器的传递函数模型与校正
• 3.1.1 并网逆变器后级主电路拓扑结构
• 3.1.2 三角波比较电流控制逆变器模型
• 3.1.3 电网干扰补偿校正
• 3.1.4 基于PI 控制的电流环
• 3.1.5 参考电流输入补偿校正
• 3.2 改进的并网控制策略
• 3.2.1 电网干扰输入与参考电流输入的统一
• 3.2.2 重复控制
• 3.2.3 基于PI 控制和重复控制的复合型控制策略
• 3.2.4 改进的并网控制策略仿真研究
• 4 基于DSP 和PV-IPM 的单相两级并网系统的设计
• 4.1 总体设计方案
• 4.2 基于PV-IPM 的主电路设计
• 4.2.1 光伏专用PV-IPM 模块及外围电路设计
• 4.2.2 主电路参数计算
• 4.3 基于DSP 的控制部分硬件设计
• 4.3.1 微处理器的选择
• 4.3.2 数据采集信号调理电路
• 4.3.3 捕获电路原理
• 4.4 基于DSP 的控制部分软件设计
• 4.4.1 软件开发环境和资源分配
• 4.4.2 子程序时序安排和系统中断分配
• 4.4.3 微机控制SPWM 波的生成
• 4.4.4 系统程序流程图
• 5 实验调试及结果分析
• 5.1 驱动板和数据采集板调试
• 5.2 逆变器运行实验调试
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A：作者在攻读学位期间发表的论文及参与的科研项目
• 附录B：单相光伏发电系统实验平台图片