小功率光伏并网系统的研究与设计

论文摘要

随着社会的发展，能源短缺和生态环境恶化问题日益突出。发展低污染、可再生的新能源成为世界各国在21世纪能源战略的重点。太阳能以其清洁、资源分布均匀且丰富的优点，已成为各国政府发展新能源的热点，并且由于近年来光伏电池成本的降低，太阳能发电更是得到了迅速发展。光伏并网发电技术是太阳能发电的主要方向。本文深入研究了小功率并网系统的拓扑结构和控制方法，并详细阐述了一套小功率光伏并网逆变系统的软硬件设计。本文首先分析了光伏并网系统的各部分各种拓扑结构的优缺点，并总结了并网系统拓扑的选取原则。接着，阐述光伏发电并网的原理和几种经典控制策略的特点。在此基础上，提出适合于小功率光伏并网系统的非隔离型两级式并网结构和对应的控制策略，并对系统进行数学建模分析和控制系统的校正，深入研究基于SPWM的双闭环控制策略，并用Matlab对其建模仿真，分析其控制特性。最大功率跟踪技术(MPPT)是光伏发电的关键技术之一。本文在分析光伏电池特性的基础上，针对工程中广泛应用的MPPT技术原理进行深入分析，用Matlab进行仿真，分析其对光伏电池输出功率的改善结果。详细介绍了整个小功率光伏并网系统的硬件设计和软件设计思想，给出了系统主电路结构及参数的选择过程、控制电路设计及系统软件设计流程。为了使输出电流与电网电压同频同相，本文采用了软件锁相的方案，详细介绍了锁相的原理和软件流程图。仿真和试验结果表明：该系统较好的实现了各项功能，系统工作稳定可靠，性能良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外光伏发电现状及前景
• 1.2.1 国外部分国家的光伏产业政策
• 1.2.2 国内光伏产业政策
• 1.2.3 太阳能电池情况
• 1.2.4 光伏市场情况
• 1.3 光伏并网发电系统概述
• 1.4 论文所做的主要工作
• 2 光伏并网系统的拓扑结构与控制策略的研究
• 2.1 光伏并网系统拓扑结构的研究
• 2.1.1 光伏电池与变流器的连接方式分析
• 2.1.2 变流器及并网方式的拓扑结构分析
• 2.1.3 主电路拓扑的选取原则
• 2.2 并网控制策略的研究
• 2.2.1 并网控制的原理及策略
• 2.2.2 并网逆变器常用控制方法的分析
• 2.3 本文并网控制系统的方案的确定
• 2.3.1 控制系统的数学建模
• 2.3.2 控制系统的校正
• 2.3.4 基于 SPWM 的双闭环控制策略的原理与仿真
• 2.4 本章小结
• 3 光伏电池最大功率点跟踪技术的研究与仿真
• 3.1 光伏电池板的等效电路模型及输出特性
• 3.1.1 光伏电池的等效电路及特性方程
• 3.1.2 光伏阵列的 I-V 特性
• 3.1.3 光伏电池的 P-V 特性
• 3.2 MPPT 的控制策略研究
• 3.2.1 MPPT 的基本原理
• 3.2.2 固定电压法
• 3.2.3 扰动观察法
• 3.2.4 电导增量法
• 3.3 MPPT 技术的硬件电路支持
• 3.3.1 DC/DC 电路拓扑的选取
• 3.3.2 Boost 电路实现 MPPT 的原理
• 3.4 基于 Matlab/Simulink 的 MPPT 算法的仿真
• 3.4.1 光伏电池的模型
• 3.4.2 扰动观察法和电导增量法的仿真
• 3.5 本章小结
• 4 小功率光伏并网系统的硬件电路设计
• 4.1 系统主功率电路的设计
• 4.1.1 系统的技术参数
• 4.1.2 Boost 电路主要参数设计
• 4.1.3 DC/AC 电路主要参数设计
• 4.2 系统控制电路的设计
• 4.2.1 辅助电源设计
• 4.2.2 信号检测电路
• 4.2.3 保护电路
• 4.2.4 驱动电路
• 4.3 PCB 板电磁兼容的设计
• 4.4 本章小结
• 5 小功率光伏并网系统软件的设计
• 5.1 采样直流信号时的滤波算法
• 5.2 基于 TMS320F2812 的 SPWM 脉冲的发生
• 5.2.1 TMS320F2812 生成 PWM 波的原理
• 5.2.2 SPWM 产生的算法
• 5.3 软件锁相的实现
• 5.4 系统的总流程图
• 5.5 程序抗干扰方法
• 5.6 本章小结
• 6 实验结果
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献