单相光伏并网系统的研究

论文摘要

针对当前能源紧张的局面,太阳能作为绿色能源越来越受到世界各国的重视。光伏并网发电是太阳能利用的主要形式,具有广阔的发展前景,光伏发电系统并入电网是太阳能利用的必然趋势。本文主要对并网系统的拓扑结构、能量变换、最大功率点跟踪、控制方案以及并网过程中孤岛效应产生和检测进行了分析和研究。本文针对单相光伏发电并网系统采用了适合其特点的主电路拓扑结构,该电路结构没有用工频或高频变压器,具有体积小,成本低,控制方案易实现的优点。对单相能量变换进行分析研究,在此基础上对基于单片机和DSP的单相光伏发电并网系统整体结构进行分析。研究常用的几种光伏电池最大功率点跟踪方法,比较了他们的优缺点。本文采用能快速,准确跟踪光伏电池最大输出功率点的基于平均值控制的方法（电流平均值法）实现对输出最大功率的追踪控制。从理论上证明了光伏电池阵列的前级DC-DC升压电路中,可以通过占空比的调节,改变光伏阵列输出功率,从而跟踪光伏电池最大输出功率。对单相光伏发电逆变输出级建立控制模型,采用电流反馈型并网控制方案。同时,针对单电流环控制方式存在的不足,采用了零电流的改进方案,并用MATLAB进行了仿真,仿真结果验证了该方案的可行性及有效性。本文最后对主电路中主要器件的选型给出了理论计算结果,并搭建电路板来验证该设计在实际条件应用中的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 光伏并网系统国内外发展现状
• 1.2.1 国外光伏并网系统的发展和趋势
• 1.2.2 我国光伏并网发电的发展
• 1.3 并网系统的孤岛效应
• 1.4 分布式并网发电的标准
• 1.5 本课题的主要内容
• 第2章 单项光伏并网系统分析
• 2.1 单项光伏并网系统的结构
• 2.2 光伏并网系统的分类
• 2.3 单项光伏并网系统的能量分析
• 2.3.1 并网系统间的能量变换
• 2.3.2 并网逆变器分析
• 2.3.3 逆变器控制方法分析
• 2.4 并网系统整体结构分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 光伏系统最大功率追踪的实现
• 3.1 太阳能电池板的基本特性
• 3.1.1 电池板的电路模型和数学模型
• 3.1.2 日照强度对光伏电池输出特性的影响
• 3.1.3 电池板温度对输出特性的影响
• 3.1.4 电池板串并联分析
• 3.2 电池板的仿真模型的建立
• 3.3 最大功率追踪的实现方法
• 3.4 最大功率追中的原理及电路结构分析
• 3.4.1 前级DC-DC拓扑结构的选择
• 3.4.2 最大功率追踪原理分析
• 3.5 基于simulink的最大功率追踪的仿真实现
• 3.5.1 仿真拓扑图
• 3.5.2 仿真结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 DC-AC并网控制方案
• 4.1 并网逆变器向量分析
• 4.2 逆变器的控制方法
• 4.3 电流滞环控制方式
• 4.4 SPWM电流控制法
• 4.4.1 电压无前馈环节时的仿真波形
• 4.4.2 电压前馈环节对系统的影响
• 4.4.3 零电流误差控制
• 4.5 电压外环控制
• 4.6 本章小结
• 第5章 参数的计算及硬件电路的实现
• 5.1 前级Boost电路参数计算
• 5.1.1 电感参数的选择
• 5.1.2 电容的选择
• 5.2 逆变器部分主要参数设计
• 5.2.1 滤波电感的选择
• 5.2.2 开关管的选择
• 5.3 硬件电路设计
• 5.3.1 电流检测电路
• 5.3.2 电池板电压检测电路
• 5.3.3 电网电压同步信号检测电路
• 5.4 控制框图
• 5.4.1 前级DC-DC电路控制框图
• 5.4.2 DC-AC变换的实现
• 5.4.3 前级DC-DC变换器的控制板制作
• 5.5 本章小结
• 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果