单相光伏并网发电系统控制策略及锁相环技术的研究

【摘要】：近年来“雾霾”、“PM2.5”、“口罩”等等有关空气质量的词频频出现在公众的视野中,环境污染问题正严重影响着人们的正常生活。而环境问题的产生与化石燃料等不可再生能源的利用息息相关,同时不可再生能源过度开采,使其资源储量迅速减少。现如今,能源的枯竭与环境问题已经引起当前政府的重视,一系列鼓励开发新能源的政策正逐步实施。针对光伏发电领域,发改委发布关于完善太阳能光伏发电上网补助电价政策的通知,为规范太阳能光伏发电价格管理,对非招标太阳能光伏发电项目实行全国统一的标杆上网电价。太阳能作为经济、清洁的新能源受到了人们前所未有的关注。为使太阳能转换为电能,光伏并网发电系统的研制则是不可缺少的一个环节。针对光伏电池转换效率低的问题,本文也是通过最大功率点跟踪控制算法来解决。先是分析了光伏电池的光伏特性,并从最大功率跟踪控制算法(MPPT)入手,对当前主流的控制算法展开研究,同时为了得到动态性能和稳定性能更优的功率输出结果,提出了一种改进的基于模糊控制的扰动观察法的方法,并做了仿真验证。为了保证逆变器正常工作的同时给电网提供电能质量更优的电能,必须设计性能良好的相位同步电路。在众多的相位同步方法中,锁相环因其良好的相位同步性能成为人们常用的一种相位同步技术。为了将锁相环技术应用到光伏并网发电系统中,本文对当前主流的软件锁相环算法进行研究,层层展开, 透彻分析了锁相环算法是如何实现的,并通过Matlab仿真软件进行了仿真验证。为了进一步通过DSP开发板进行软件锁相环实验验证,需将所提理论和DSP的开发环境相结合,从而引入了直流偏置问题。为了解决直流偏置问题对锁相环的影响,本文在对比分析了增加直流控制环法和减去直流分量法这两种去直流偏置的方法基础上,提出了改进的减去直流分量法,该方法更为简单且动态性能更加。并网逆变控制策略是实现光伏发电系统并网发电的关键技术之一, 本文采用当前主流的H6桥逆变结构、LCL滤波结构的逆变器,分析了其数学模型及存在的问题,提出基于准PR控制的三环控制策略来实现并网电流的控制。 【关键词】：单相 MPPT PLL 控制策略 LCL
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 光伏并网发电系统的研究背景与现状11-13
• 1.1.1 光伏并网发电系统的研究背景11
• 1.1.2 光伏并网发电系统的国内外研究现状11-13
• 1.1.3 光伏并网发电系统的发展趋势13
• 1.2 锁相环简介13-16
• 1.2.1 锁相环技术的发展状况13-14
• 1.2.2 锁相环技术的研究意义14
• 1.2.3 锁相环的组成及工作原理14-16
• 1.3 论文所做的主要工作16-19
• 第2章 基于改进的模糊控制扰动观察法的最大功率点跟踪控制19-37
• 2.1 太阳能光伏特性及其仿真模型19-23
• 2.2 DC-DC变换器23-25
• 2.3 光伏系统最大功率跟踪的方法25-35
• 2.3.1 MPPT工作原理25-26
• 2.3.2 固定电压法(CVT)26-27
• 2.3.3 扰动观察法27-29
• 2.3.4 电导增量法29
• 2.3.5 基于模糊控制的扰动观察法29-31
• 2.3.6 改进的模糊控制扰动观察法31-33
• 2.3.7 MPPT算法的仿真分析33-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第3章 改进的单相软件锁相环的设计及其仿真分析37-61
• 3.1 瞬时无功理论简介37-38
• 3.2 基于瞬时无功理论的三相软件锁相环38-39
• 3.3 基于瞬时无功理论的单相软件锁相环39-50
• 3.3.1 基于广义二阶积分器的正交向量40-42
• 3.3.2 单相软件锁相环的数学模型与性能分析42-44
• 3.3.3 单相软件锁相环的误差分析44-45
• 3.3.4 改进的广义二阶积分器的仿真分析45-50
• 3.4 基于改进的单相软件锁相环仿真分析50-55
• 3.4.1 电网电压正常情况50-51
• 3.4.2 电网电压畸变情况51-53
• 3.4.3 电网电压跌落情况53-55
• 3.5 单相软件锁相环的离散化55-59
• 3.5.1 正、反向差分变换法55-56
• 3.5.2 二阶积分器变换法56-57
• 3.5.3 双线性变换法57-59
• 3.6 本章小结59-61
• 第4章 单相软件锁相环的软硬件设计61-69
• 4.1 锁相环硬件电路设计61-64
• 4.1.1 电压检测与信号调理电路的设计61-63
• 4.1.2 ICETEK-F2812-A开发板63-64
• 4.2 锁相环软件程序设计64-66
• 4.3 实验结果66-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第5章 单相光伏并网逆变控制策略69-87
• 5.1 并网逆变控制方式69
• 5.2 并网逆变电路拓扑结构69-71
• 5.2.1 主电路拓扑结构的选取69-70
• 5.2.2 逆变侧滤波器结构的选取70-71
• 5.3 并网逆变电路的数学模型71-74
• 5.3.1 主电路拓扑结构的数学模型71-72
• 5.3.2 逆变侧滤波器结构的数学模型72-74
• 5.4 LCL滤波器的谐振问题与解决方法分析74-78
• 5.4.1 无源阻尼法75-76
• 5.4.2 有源阻尼控制法76
• 5.4.3 间接控制法76-77
• 5.4.4 并网电流与电容电流双闭环控制法77-78
• 5.5 电流控制器性能分析78-83
• 5.5.1 基于PI的电流控制器78-80
• 5.5.2 基于PR的电流控制器80-82
• 5.5.3 基于准PR的电流控制器82-83
• 5.6 基于准PR控制的三环控制策略83-85
• 5.7 本章小结85-87
• 第6章 总结与展望87-89
• 6.1 工作总结87
• 6.2 展望87-89
• 参考文献89-95
• 致谢95-97
• 攻读硕士期间所做工作97

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