户用型光伏并网发电系统设计

【摘要】：当今世界,电能已成为主要的二次能源。利用传统能源(如煤、石油、天然气等)发电所带来的能源紧张、环境污染等问题日益严重,使得开发利用可再生能源成为未来能源发展战略的制高点。太阳能作为一种高效、清洁的新能源,当之无愧成为未来发电的首选能源。以前光伏发电以离网为主,主要用于偏远的无电地区。当下,光伏市场开始向城市并网发电、建筑光伏一体化方向发展,逐渐进入由传统的“补充能源”向新型的“替代能源”的过渡时期。因此,针对用户使用,本文设计了一款高效率、高功率因数的户用型光伏并网发电系统。 系统采用DC/DC、DC/AC双级式拓扑结构。首先,针对光伏电池的转换效率问题,比较分析了各种最大功率点跟踪技术(Maximum Power Point Tracking, MPPT),并采用扰动观测法实施MPPT控制；针对光伏阵列的阴影效应会导致光伏组件输出电压不稳定的问题,提出了一种高电压增益的改进型Boost电路结构；其次,并网逆变器的控制采用电压电流双闭环控制方式：电压外环采用常规PID控制方式,用于稳定直流母线电压；电流内环采用输出电流SPWM控制方式,实现单位功率因数并网；之后,深入研究了光伏并网逆变器的孤岛效应产生机理、构成危害和检测方法,在常规主动式频率偏移法(Active Frequency Drifting, AFD)的基础上提出一种改进型方案来避免由于负载特性而导致孤岛检测失败的情况发生；最后,针对以上理论分析搭建了基于MATLAB/Simulink的仿真模型,并完成仿真验证。 初步完成了基于TMS320F2812的系统硬件电路和软件流程图设计。完成了基于DSP的菜单程序、数据采集以及SPWM控制程序设计与部分实验测试等工作,为进一步的工程设计测试打下了一定基础。 【关键词】：双级式拓扑 最大功率点跟踪 光伏并网 孤岛检测 改进型Boost
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-16
• 1.1 课题研究目的及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外发展现状11-12
• 1.2.2 国内发展现状12
• 1.2.3 存在的主要问题12-13
• 1.3 户用型光伏并网发电系统概述13-15
• 1.3.1 户用型光伏并网发电系统的构成及特点13
• 1.3.2 户用型光伏并网发电系统的电路结构分析13-15
• 1.4 课题研究的主要内容15-16
• 第二章 光伏电池及其最大功率点跟踪分析16-30
• 2.1 光伏电池工作原理与输出特性16-19
• 2.1.1 光伏电池工作原理16
• 2.1.2 光伏电池U-I特性曲线16-18
• 2.1.3 光伏电池的等效电路18-19
• 2.2 最大功率点跟踪研究分析19-27
• 2.2.1 常用最大功率点跟踪方法19-22
• 2.2.2 基于改进型Boost电路的MPPT研究22-27
• 2.3 MPPT仿真分析27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 户用型光伏并网逆变器控制技术研究30-42
• 3.1 单相户用型光伏并网逆变器的结构与建模30-31
• 3.1.1 单相户用型光伏并网逆变器的结构30-31
• 3.1.2 户用型光伏并网逆变器的建模31
• 3.2 并网逆变器的输出电流控制方法31-34
• 3.2.1 滞环比较控制方式31-33
• 3.2.2 定时控制比较方式33
• 3.2.3 SPWM电流跟踪方式33-34
• 3.3 直流母线电压的控制34-35
• 3.4 户用型光伏并网逆变器的控制策略35-39
• 3.4.1 并网逆变器的控制目标35
• 3.4.2 电流环控制设计35-37
• 3.4.3 电压环控制设计37-39
• 3.5 系统并网仿真分析39-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 户用型光伏并网发电系统的孤岛检测技术研究42-51
• 4.1 孤岛效应及其危害42-43
• 4.2 孤岛效应发生的可能性分析43
• 4.3 常用的孤岛检测技术43-47
• 4.3.1 被动式孤岛检测方法44-45
• 4.3.2 主动式孤岛检测方法45-47
• 4.4 AFD及其改进算法分析47-50
• 4.4.1 常规AFD存在的不足47
• 4.4.2 改进型AFD研究47-48
• 4.4.3 AFD仿真分析48-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 基于TMS320F2812的并网发电系统设计51-66
• 5.1 户用型光伏并网发电系统总体设计方案51-52
• 5.2 并网发电系统主电路设计52-56
• 5.2.1 DC/DC电路设计52-54
• 5.2.2 DC/AC电路设计54-56
• 5.3 并网发电系统控制电路设计56-60
• 5.3.1 采样调理电路56-59
• 5.3.2 DC/DC驱动电路59
• 5.3.3 DC/AC驱动电路59-60
• 5.3.4 系统电源电路60
• 5.4 户用型光伏并网发电系统软件设计60-62
• 5.5 基于DSP的SPWM控制程序设计62-65
• 5.6 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 工作总结66
• 6.2 后期展望66-68
• 参考文献68-71
• 发表论文和科研情况说明71-72
• 致谢72

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