直流模块式光伏发电系统拓扑及控制研究

【摘要】： 世界能源危机的加剧使得光伏发电得到了长足的发展,并成为了当今新能源利用的主流之一,而与建筑集成化将是未来光伏发电系统的重要发展趋势。在住宅和建筑集成应用中,光伏发电系统容易受到局部阴影和光照条件不同引起的光伏组件电气参数失配的影响,导致系统的能量转化效率较低,甚至形成热斑,损坏组件。为了提高光伏发电系统在阴影和失配条件下的能效,保护光伏组件,本文提出了一种新型的基于并联直流模块的光伏发电系统结构,并对系统架构、前后级电路拓扑、光伏组件特性、最大功率跟踪、并网控制策略等方面内容进行了研究。 论文首先对三种直流模块式光伏发电系统进行了详细的分析和比较。结合Saber仿真等手段论证了并联直流模块光伏发电系统能效最高、是最为适合建筑光伏集成应用的一种光伏发电系统结构。在此基础上,提出了光伏直流模块变换器与集中并网逆变器的技术指标要求,并据此对前述两个部分的具体拓扑结构形式进了分析和选择。详细介绍了研究中选用的电流馈入型半桥变换拓扑电路原理和运行方式,指出了基本电路拓扑在负载范围、软启动、效率、缓冲等方面存在的不足。详细分析了带有源钳位缓冲的改进型电路拓扑的各种运行模态,对若干设计问题进行了讨论,并利用仿真和实验进行了验证分析。 利用导纳增量法实现了光伏直流模块的MPPT控制功能,讨论了调节步长、采样时间间隔等算法参数对MPPT跟踪性能的影响。另外,通过对光伏组件的仿真建模,分析了光伏组件输出特性在局部阴影下发生变异的原因,总结了阴影条件下组件输出特性曲线的若干特点。 设计并实现了一种基于直流母线外环和并网电流内环的并网控制方案。重点研究了两种不同内环控制器形式。针对输出滤波电容导致并网电流相位、幅值误差及低次谐波的问题,在常规的内环PI控制结构上添加了电容电流补偿环节,从闭环输出阻抗的角度对控制器性能进行了若干分析。为了实现并网电流的无静差跟踪和指定电网低次谐波的补偿,本文引入基于正弦内模原理的比例谐振控制器,从频域上对其控制特性进行了分析,并介绍了基于δ?1算子和DFIIt结构的数字实现方式。直流母线电压外环采用简单的PI调节,实现对母线的稳压控制,维持系统的功率平衡。此外,简要地讨论前后级协调控制策略,给出了协调控制的基本流程框图。 【关键词】：光伏发电系统 直流模块 电流馈入型半桥 最大功率点跟踪 电容电流补偿 比例谐振控制器
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 太阳能光伏应用现状10-11
• 1.2 光伏系统建筑集成化11-12
• 1.3 光伏并网发电系统结构12-13
• 1.4 高频链变换与软开关技术13-14
• 1.5 最大功率点跟踪控制技术14-15
• 1.6 光伏并网控制技术15-17
• 1.7 本文选题与主要研究内容17-19
• 2 直流模块式光伏发电系统结构与控制19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 多种直流模块式光伏发电系统结构及性能对比19-25
• 2.3 并联直流模块式光伏发电系统拓扑结构及控制25-30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 光伏直流模块拓扑分析及MPPT 控制32-54
• 3.1 引言32
• 3.2 电流馈入的半桥（CFHB）直流变换拓扑介绍32-34
• 3.3 带有源钳位缓冲（ACS）的CFHB 电路拓扑运行特性分析34-40
• 3.4 最大功率点跟踪（MPPT）控制40-53
• 3.5 本章小结53-54
• 4 集中逆变器并网控制策略54-82
• 4.1 引言54
• 4.2 并网逆变器系统控制结构54-55
• 4.3 并网逆变器数学模型分析55-57
• 4.4 并网电流内环PI 控制57-65
• 4.5 并网电流内环比例谐振（PR）控制65-75
• 4.6 直流母线电压外环控制75-78
• 4.7 前后级协调控制策略78-80
• 4.8 本章小结80-82
• 5 总结与展望82-85
• 5.1 全文工作总结82-83
• 5.2 后续工作展望83-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-95
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录95

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