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光伏并网系统最大功率跟踪及反孤岛运行控制方法研究

作　者: 曹建博
导　师: 田红芳；杨立永
学　校: 北方工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 最大功率跟踪 PWM整流器光伏并网直接电流控制反孤岛效应
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近几年来,能源短缺和环境污染问题越来越突出,为了解决这些问题,太阳能光伏发电系统将由补充能源逐渐向替代能源过渡,并且光伏并网发电系统已成为各国研究和发展的热点。本文的主要目的就是设计一套基于DSP TMS320F2812的单相光伏并网发电系统。本文以单相光伏并网发电系统为研究对象,对光伏并网中的一些关键性问题：如光伏阵列的最大功率跟踪(MPPT)、并网逆变器输出的电流波形控制以及反孤岛效应做了理论分析,介绍了相应的控制方法,并建立了仿真模型,最后通过了实际实验进行了验证。具体来说主要内容为：1.根据光伏电池的数学模型建立了光伏阵列的simulink仿真模块,通过该模块做了最大功率跟踪仿真实验,仿真得到的一系列特性曲线与光伏阵列的实际参数相吻合。然后将AVR单片机和CPLD相结合设计了控制电路,该控制电路产生一路占空比可变、频率为40KHz的PWM波控制高增益Boost电路。采用电导增量算法实现,实验结果表明最大功率跟踪效果良好。2.对并网的拓扑结构进行了简单介绍,分析了光伏并网控制原理和两种直接电流控制方法。然后对电压环和电流环的调节器参数进行了设计,并保证了逆变器输出的并网电流与电网电压同频同相。3.完成了基于DSP芯片TMS320F2812为核心的单相光伏并网发电系统主电路、控制电路以及软件程序的设计。对以上设计进行了实验验证,实验结果表明逆变器能可靠并网运行,最后给出了实验波形。4.对反孤岛效应的几种检测方法作了介绍,基于有源频率漂移法建立了Matlab\simulink环境下的反孤岛效应仿真模型,并给出了仿真实验波形。5.最后对单相光伏并网发电系统所做工作进行了总结,并对光伏并网系统未来的研究设计提出了一些设想。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-15
  1.1 课题研究背景及意义  8
  1.2 光伏发电的现状与发展前景  8-10
    1.2.1 光伏发电在国内现状  8-9
    1.2.2 光伏发电在国外现状  9-10
    1.2.3 光伏发电的前景  10
  1.3 光伏发电系统的简单介绍  10-13
  1.4 本文所做的工作  13-15
2 光伏电池MPPT控制方法的研究  15-34
  2.1 光伏电池的数学模型及特性仿真  15-19
    2.1.1 光伏电池的数学模型  15-16
    2.1.2 光伏电池的特性仿真  16-19
  2.2 MPPT跟踪原理  19-23
  2.3 光伏电池最大功率点跟踪控制方法  23-28
    2.3.1 固定电压跟踪控制法(Constant Voltage Tracking, CVT)  23-24
    2.3.2 功率扰动观察法  24-26
    2.3.3 电导增量法  26-28
  2.4 最大功率跟踪仿真研究  28-34
3 单相光伏并网发电系统的设计  34-89
  3.1 单相光伏并网发电系统常见拓扑结构  34-36
    3.1.1 单级式  34-35
    3.1.2 两级式  35-36
  3.2 实现最大功率跟踪功能的硬件设计  36-50
    3.2.1 高增益Boost电路耦合电感参数设计  37-39
    3.2.2 Boost电路滤波电容设计及其他元件参数选择  39-41
    3.2.3 MPPT控制电路及采样和驱动电路设计  41-50
  3.3 光伏并网原理及直接电流控制的实现思想  50-61
    3.3.1 光伏并网原理  50-57
    3.3.2 直接电流控制的实现思想  57-61
  3.4 光伏并网控制电路调节器参数整定  61-71
    3.4.1 调节器电流内环参数整定  61-66
    3.4.2 调节器电压外环参数整定  66-71
  3.5 基于DSP2812的光伏并网逆变系统硬件设计  71-80
    3.5.1 基于DSP的控制系统设计  71-77
    3.5.2 逆变主电路及驱动电路的设计  77-80
  3.6 软件设计及实验结果波形  80-89
    3.6.1 最大功率跟踪的软件设计与实验结果波形  80-83
    3.6.2 单相光伏并网的软件设计与实验结果波形  83-89
4 反孤岛仿真研究  89-95
  4.1 孤岛效应的概念  89-90
  4.2 孤岛检测要求及其检测方法  90-93
  4.3 仿真实验及结果  93-95
结论与展望  95-96
参考文献  96-99
攻读硕士学位期间发表的学术论文  99-100
致谢  100-101

光伏并网系统最大功率跟踪及反孤岛运行控制方法研究

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