光伏电源友好并网功率接口及混成并网控制研究

【摘要】：当今世界经济发展的趋势是低碳经济。开发和利用可再生的、环境友好的新能源是解决传统石化能源紧缺和环境污染的有效途径。太阳能光伏发电作为一种理想的绿色能源发电形式，对其进行大规模开发和利用是必然趋势。但是太阳能光伏发电受日照强度和温度影响所表现出来的随机性和不确定性导致输出功率不稳定、并网过程出现谐波污染和电压不稳定等电能质量问题，严重制约了太阳能光伏发电技术的发展。并网功率接口作为光伏并网发电系统中能量转换和控制的关键设备，对其结构和控制方法进行研究使其与主电网友好互补，具有重要的理论意义和实际价值。 论文首先介绍混成系统的概念及特点，详细阐述了几种混成系统建模方法，分析了混成控制系统的设计方法，并对其在实际应用中取得的成果进行了介绍。然后，从光伏电源、并网功率接口、系统运行模式和主电网四方面分析了光伏并网发电系统的混成特性，并基于混成自动机理论建立光伏并网控制模型。其次，研究了友好并网功率接口的拓扑结构，提出了光伏阵列MPPT混成控制算法，分析了光伏电源的并网和孤岛两种运行模式，研究了友好并网功率接口用于有功传输、有源滤波、无功补偿、三相平衡等单项和多项功能的混成控制方法，设计了友好并网混成控制器，并采用Matlab/Simulink软件进行仿真实验。最后，基于DSP技术对光伏电源友好并网功率接口的控制系统进行设计。 理论分析和仿真实验结果表明，采用混成控制方法对光伏电源并网功率接口进行控制，能够根据外界环境的变化动态选择最优工作方式，实现有功传输、无功补偿、谐波抑制和三相平衡等多重功能,可以很好地实现光伏电源友好并网，大大提高并网电能质量和系统运行的稳定性。 【关键词】：光伏电源 混成控制 并网功率接口 最大功率点跟踪 友好并网
【学位授予单位】：长沙理工大学
【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 绪论10-20
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 太阳能光伏发电发展现状与前景11-13
• 1.2.1 国外发展现状与趋势11-12
• 1.2.2 国内发展现状与趋势12-13
• 1.3 并网功率接口的研究13-17
• 1.3.1 并网功率接口研究现状和发展趋势15
• 1.3.2 并网功率接口控制方法的研究现状和发展趋势15-17
• 1.3.3 友好并网功率接口的作用17
• 1.4 混成控制理论发展历史与现状17-19
• 1.5 本论文的主要工作19-20
• 第二章 混成控制理论概述20-32
• 2.1 混成系统的基本概念与特点20-21
• 2.2 混成系统的建模方法21-27
• 2.2.1 混成自动机模型22-23
• 2.2.2 层次结构模型23-24
• 2.2.3 混成 Petri 网模型24-25
• 2.2.4 切换系统模型25-26
• 2.2.5 混合逻辑动态模型26
• 2.2.6 动态系统模型26-27
• 2.3 混成控制系统的设计方法27-29
• 2.4 混成控制理论的实际应用29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 光伏并网发电系统的混成建模32-42
• 3.1 光伏并网发电系统简介32-33
• 3.2 光伏并网发电系统的混成特性33-40
• 3.2.1 光伏电源的混成特性33-36
• 3.2.2 并网功率接口的混成特性36-38
• 3.2.3 光伏并网发电系统运行模式的混成特性38-39
• 3.2.4 主电网的混成特性39-40
• 3.3 光伏并网发电系统的混成建模研究40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 友好并网功率接口混成控制原理分析42-55
• 4.1 友好并网功率接口的结构分析42-44
• 4.1.1 DC-DC 变换器的拓扑结构42-43
• 4.1.2 DC-AC 逆变器的拓扑结构43-44
• 4.2 MPPT 混成控制策略44-48
• 4.2.1 光伏电池工作特性44-45
• 4.2.2 MPPT 混成控制规律45-47
• 4.2.3 MPPT 混成控制器的设计47-48
• 4.3 友好并网功率接口输出混成控制策略48-54
• 4.3.1 单相系统友好并网功率接口输出混成控制规律48-50
• 4.3.2 单相系统友好并网功率接口输出混成控制器的设计50-52
• 4.3.3 三相系统友好并网功率接口输出混成控制规律52-53
• 4.3.4 三相系统友好并网功率接口输出混成控制器的设计53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 友好并网功率接口控制系统仿真与设计55-68
• 5.1 光伏并网发电系统运行仿真55-60
• 5.1.1 MPPT 控制器真分析55-56
• 5.1.2 单相系统友好并网功率接口输出控制器仿真分析56-58
• 5.1.3 三相系统友好并网功率接口输出控制器仿真分析58-60
• 5.2 控制系统的硬件初步设计60-65
• 5.2.1 DSP 控制芯片及外围电路设计61-65
• 5.2.1.1 DSP 控制芯片简介61
• 5.2.1.2 采样电路61-63
• 5.2.1.3 过零检测电路63-64
• 5.2.1.4 保护电路64
• 5.2.1.5 IGBT 驱动电路64-65
• 5.3 控制系统的软件初步设计65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 总结与展望68-70
• 参考文献70-73
• 致谢73-74
• 附录 A（攻读学位期间发表论文与专利情况）74-75
• 附录 B（攻读学位期间参加的相关课题及所获奖励）75

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