小型光伏并网逆变器的MPPT与控制技术研究

【摘要】：目前，为解决能源、环境与发展问题，太阳能作为新能源被大力开发与利用，而利用太阳能发电已成为热点。考虑太阳能的间歇性、波动性与随机性，光伏发电系统必须采用有效的控制技术来保证太阳能转变的电能能够合理传输、管理，因此，本文针对光伏发电系统中并网逆变器的最大功率点跟踪（MPPT）与并网控制技术展开研究，具有重要的实际意义与实用价值。 深入研究了光伏电池的发电原理与等效电路模型，建立了光伏电池的仿真模型，仿真分析了影响光伏电池输出特性的主要因素。针对传统扰动观察法出现的振荡现象，结合小型逆变器的两级式非隔离电路拓扑结构，提出了一种步长可以实时调整的改进扰动观察法来实现最大功率点跟踪，该方法按照“二分之一”准则对跟踪步长进行调整，即系统工作点每次越过最大功率点时，步长减小1/2，仿真结果表明该算法有效的解决了最大功率点处振荡问题，提高了光伏电池的输出效率。 对并网逆变电路的拓扑结构及数学模型进行了研究，分析了并网逆变器的控制方式，确定了采用双闭环并网控制策略。考虑控制策略的跟踪精度与抗电网扰动能力，理论上，深入比较分析了比例（P）控制策略、比例积分（PI）控制策略、比例谐振（PR）控制策略及准比例谐振（QPR）控制策略的性能特点，得出准比例谐振（QPR）控制策略在跟踪精度与抗电网扰动能力方面占优，因此，将准比例谐振（QPR）控制策略应用于并网电流内环控制之中，进一步搭建基于准比例谐振（QPR）控制策略的双闭环控制仿真模型。仿真结果表明：准比例谐振（QPR）控制策略有效改善了逆变器输出波形质量，实现了并网电流的无静差跟踪。将基于准比例谐振（QPR）控制策略应用到实际开发的小型光伏逆变器的实验样机之中，实验测试结果证实了采用的控制策略的有效性。 【关键词】：光伏发电 并网逆变器 最大功率跟踪 双闭环控制 准比例谐振控制
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-12
• 1.1 课题研究的背景与意义9-10
• 1.2 光伏并网逆变器的研究现状及发展前景10-11
• 1.2.1 国内外研究现状10
• 1.2.2 发展前景10-11
• 1.3 本文主要研究内容11-12
• 2 光伏发电并网系统及光伏电池特性分析12-21
• 2.1 光伏发电并网系统概述12-16
• 2.1.1 光伏发电并网系统12
• 2.1.2 光伏发电并网逆变器分类12-15
• 2.1.3 并网系统的结构框图15-16
• 2.3 光伏电池等效模型16-18
• 2.3.1 光伏电池工作原理分析16
• 2.3.2 光伏电池等效电路介绍16-17
• 2.3.3 光伏电池仿真模型17-18
• 2.4 光伏电池输出特性仿真分析18-20
• 2.4.1 光伏电池的理论输出特性18
• 2.4.2 光伏电池输出特性仿真18-20
• 2.5 本章小结20-21
• 3 DC/DC 电路及最大功率跟踪的研究21-35
• 3.1 DC/DC 电路结构及原理概述21-25
• 3.1.1 DC/DC 电路结构21-22
• 3.1.2 Boost 电路工作原理22-24
• 3.1.3 Boost 电路电感和电容的参数设计24-25
• 3.2 基于 Boost 升压电路实现 MPPT 的工作原理25-26
• 3.3 最大功率跟踪控制方法26-30
• 3.3.1 恒定电压法26
• 3.3.2 扰动观察法26-28
• 3.3.3 电导增量法28-29
• 3.3.4 模糊控制法29-30
• 3.4 改进的最大功率跟踪方法及仿真分析30-34
• 3.4.1 改进扰动观察法的原理分析30-31
• 3.4.2 改进扰动观察法仿真分析31-34
• 3.5 本章小结34-35
• 4 DC/AC 电路及并网控制方法的研究35-51
• 4.1 单相全桥逆变电路分析35-37
• 4.1.1 DC/AC 电路结构35-36
• 4.1.2 全桥逆变电路工作原理及滤波器选择36-37
• 4.2 并网逆变器的数学模型和控制方式37-39
• 4.2.1 并网逆变系统的数学模型37-38
• 4.2.2 并网逆变器的控制方式38-39
• 4.3 并网逆变器双闭环控制策略39-45
• 4.3.1 光伏并网双闭环控制的基本原理39-40
• 4.3.2 基于 SPWM 的双闭环控制策略40-45
• 4.4 基于准比例谐振（QPR）的双闭环并网控制策略45-50
• 4.4.1 准比例谐振控制器原理45-46
• 4.4.2 准比例谐振控制器的性能分析46-48
• 4.4.3 基于准比例谐振的双闭环控制系统及仿真分析48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 5 实验验证51-54
• 6 结论54-55
• 参考文献55-58
• 攻读硕士期间发表学术论文情况58-59
• 致谢59

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