太阳能电池最大功率点控制算法的研究及其并网逆变

论文摘要

目前世界范围内太阳能利用技术发展迅速,但是系统效率低、成本高,仍然是制约光伏发电普及的一个重要因素。针对这一问题,本文首先对太阳能电池的输出量进行了精确的测量,目的是为了得到太阳能电池串联电阻的近似表达式,并将所测得的数据用电脑软件Mathematica进行处理,并求得串联电阻的近似表达式。在此基础之上,在以往的研究成果基础之上建立起新的太阳能电池等效模型,并在Matlab软件中进行仿真并得到了较好的效果。这为后面研究最大功率点跟踪奠定了准确的太阳能电池虚拟模型基础。其次,从提高光伏逆变效率出发,通过对现有的最大功率点跟踪控制方法分析比较后,在最大功率点跟踪(MPPT)控制方法上,提出常用的功率扰动法和电导增量法存在的缺点,即误判断现象。通过对升压电路的仿真研究,发现可以利用升压电路的开关器件的占空比对太阳能电池的输出功率进行调节,这样就将以往的太阳能电池输出功率随输出电压的变化曲线,转换成输出功率随开关器件占空比变化的曲线。进而提出了模糊控制方式,利用模糊控制来控制升压电路开关占空比来调节太阳能电池的输出功率。模糊控制在响应速度上要比前两种方法有着巨大优势,并且在Matlab/simulink环境下建立了相应的仿真模型：取得了初步实验进展。最后,在逆变器并网控制技术上,利用不连续的SPWM调制方式取代了传统的SPWM调制方式对逆变器进行控制。这样可以减少一半的开关损耗、开关器件的使用寿命延长一倍、电磁干扰减少一半,并且通过利用傅立叶变换分析了与传统SPWM调制方式输出量的不同,其中两者的基波相同,只是谐波特性稍有不同。在开关频率方面还与传统电流滞环控制方法进行了对比,仍具有明显的优势。仿真结果基本符合同频同相的要求,电流谐波总畸变率THD满足国际标准。最后用主动频移法对并网逆变器的孤岛检测进行了研究,并取得了非常好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 太阳能发电技术的发展现状
• 1.2.1 太阳能电池最大功率点跟踪技术的国内外研究现状
• 1.2.2 太阳能并网逆变器国内外发展现状
• 1.3 本课题所作的工作
• 第二章 太阳能电池的特性分析
• 2.1 太阳能电池特性
• 2.1.1 太阳能光伏电池光电转换原理
• 2.1.2 太阳能电池输出特性
• 2.1.3 太阳能光伏电池等效电路
• 2.2 太阳能电池的实际测量分析
• 2.2.1 太阳光模拟器和太阳能电池的选择
• 2.2.2 实验及结果分析
• 2.3 基于Matlab的太阳能模型的建立
• 2.3.1 改进的模型方程式
• 2.3.2 基于S函数的光伏电池模型的建立
• 2.4 本章小结
• 第三章 太阳能电池最大功率跟踪方法的研究
• 3.1 最大功率点跟踪方法的研究
• 3.1.1 电压反馈法
• 3.1.2 功率扰动观察法
• 3.1.3 增量电导法
• 3.2 最大功率跟踪的模糊控制
• 3.2.1 模糊控制系统的组成
• 3.2.2 模糊控制系统的工作过程
• 3.2.3 论域的确定及输入输出的量化
• 3.2.4 确定输入变量和输出变量
• 3.2.5 建立模糊控制规则
• 3.2.6 仿真实验
• 3.3 本章小结
• 第四章 单相光伏并网逆变器的控制策略及仿真实验
• 4.1 单相光伏并网逆变器的简要分析
• 4.1.1 单相光伏并网逆变器的工作方式
• 4.1.2 单相光伏并网逆变器的工作原理
• 4.1.3 滞环比较方式
• 4.2 基于不连续SPWM调制的单相光伏并网逆变器建模与仿真
• 4.2.1 一种可减少开关损耗的不连续SPWM调制策略
• 4.2.2 导抗变换器的理论分析
• 4.2.3 基于锁相环的并网发电系统
• 4.2.4 单相并网逆变器的仿真
• 4.3 单相并网逆变器的孤岛效应防治
• 4.3.1 孤岛效应所带来的危害
• 4.3.2 孤岛效应现象产生的主要方式及撤消方式
• 4.3.3 孤岛效应的检测方法
• 4.3.3.1 被动式检测方法
• 4.3.3.2 主动式检测法
• 4.4 本章小结
• 第五章 单相光伏并网逆变器的设计
• 5.1 PWM控制软件设计
• 5.1.1 控制芯片TMS320C6000 DSP简介
• 5.1.2 PWM定时间隔的计算
• 5.2 逆变器主电路的设计
• 5.2.1 直流侧滤波电路设计
• 5.2.2 滤波电路设计
• 5.2.3 缓冲电路设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 附录3
• 附录4
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果