小型光伏发电逆变器控制方法研究

论文摘要

随着全世界的人口不断增长,经济水平不断提高,煤、石油和天然气等能源的消耗越来越多,能源危机已经成为了全球性的问题。与此同时,伴随着化石能源的消耗会对生态环境造成严重的污染,而这一问题不仅对我们自己而且还会对子孙后代的健康造成很大的影响,还会制约社会的发展,所以新能源的开发和利用受到越来越多的重视。作为可再生能源的太阳能,它是一种洁净的能源,它资源丰富,取之不尽,用之不竭,而且不会污染环境,所以太阳能取代化石能源是保护生态环境、走可持续发展的必经道路。因而对光伏发电技术的研究就具有更重要的意义了。光伏发电逆变器是光伏发电系统的核心控制部分,本课题就是基于小型的独立光伏发电系统对逆变器的控制方法进行的研究。首先介绍了光伏发电系统的分类和各部分组成,分析了独立光伏发电系统的能量转换过程,及各部分结构的功能,详细研究了逆变器的电路结构和工作原理。并且选择了单项全桥逆变电路作为逆变器的主电路设计方案。通过对光伏电池的非线性特性进行的研究,建立了数学模型,通过分析和比较最大功率点跟踪的各种方法,提出了一种新型的MPPT控制方法,实现本文光伏阵列的最大功率点跟踪；然后对蓄电池的充放电特性进行了分析,设计了充放电控制装置,选择了双闭环控制方法对蓄电池的充放电进行控制。针对本课题的技术指标,对光伏逆变器的逆变部分进行了电路分析,采用了无差拍控制算法进行控制。最后将MPPT控制装置、充放电控制装置、逆变环节结合到一个整体进行总体的控制和分析,分析各个部分之间的耦合关系,提出了一种逻辑控制方法,将几部分完整的结合到一起,实现了小型光伏发电逆变器的最终控制。针对设计方案进行硬件设计,主要包括驱动电路、保护电路、检测电路、液晶显示电路和控制电路等,并对控制算法进行软件设计。最后根据技术指标选择参数,并根据实验室平台进行仿真与实验,结果验证了小型光伏发电逆变器控制算法理论的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外光伏发电研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外光伏发电发展现状
• 1.2.2 国内光伏发电发展现状
• 1.2.3 光伏发电技术发展趋势
• 1.3 光伏发电系统的介绍
• 1.3.1 光伏发电系统的分类
• 1.3.2 光伏发电系统各部分组成
• 1.4 课题研究目的和主要内容
• 第二章 光伏发电逆变器设计方案及其工作原理
• 2.1 光伏发电系统能量变换结构
• 2.2 光伏逆变器的方案确定
• 2.2.1 光伏逆变器主电路的结构
• 2.2.2 MPPT控制器
• 2.2.3 充放电控制装置
• 2.2.4 DC-AC变换器
• 2.3 光伏逆变器各部分工作原理
• 2.3.1 Boost变换电路的工作过程
• 2.3.2 单相全桥逆变电路的工作原理
• 2.4 光伏发电逆变器的整体设计结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 光伏阵列的最大功率点跟踪及蓄电池的充放电控制
• 3.1 光伏阵列的技术特性
• 3.1.1 光伏阵列的等效电路及数学模型
• 3.1.2 光伏阵列的I-U特性
• 3.2 常用的最大功率点跟踪控制方法
• 3.3 改进的最大功率点跟踪方法
• 3.4 蓄电池的技术特性及其工作原理
• 3.4.1 蓄电池的种类和基本特性参数
• 3.4.2 铅酸蓄电池的充放电特性
• 3.5 蓄电池的充放电控制策略
• 3.6 本章小结
• 第四章 光伏发电系统逆变器的控制方法研究
• 4.1 DC-AC逆变环节的控制方法
• 4.1.1 滞环比较控制方法
• 4.1.2 三角波比较控制方法
• 4.1.3 无差拍控制方法
• 4.2 基于无差拍的双闭环控制算法的逆变控制
• 4.2.1 逆变环节状态方程
• 4.2.2 逆变器的双闭环控制
• 4.2.3 给定电流的计算
• 4.2.4 逆变桥开关管占空比的计算
• 4.3 光伏逆变器的整体控制过程分析
• 4.3.1 光伏发电逆变器整体控制框图
• 4.3.2 系统控制过程分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 光伏发电逆变器的硬件设计
• 5.1 光伏发电逆变器的硬件组成
• 5.2 控制电路设计
• 5.2.1 DSP芯片的介绍
• 5.2.2 键盘显示电路
• 5.2.3 电源电路
• 5.3 驱动电路设计
• 5.3.1 MPPT和充放电装置驱动电路
• 5.3.2 逆变装置的驱动电路
• 5.4 检测电路设计
• 5.4.1 光伏阵列输出电流、电压检测电路
• 5.4.2 蓄电池的电压、电流检测电路
• 5.4.3 输出交流电压、电流检测电路
• 5.4.4 保护
• 5.5 本章小结
• 第六章 光伏发电逆变器的仿真与实验
• 6.1 小型独立光伏发电系统构成
• 6.2 逆变器控制方法的软件实现
• 6.2.1 A/D采样子程序
• 6.2.2 充电子程序
• 6.2.3 逆变控制子程序
• 6.3 仿真及实验结果
• 6.3.1 仿真结果
• 6.3.2 实验结果
• 6.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果