单相两级式光伏并网系统的研究与设计

摘要

太阳能作为当今世界上最有前景、最现实、最清洁、可大规模开发利用的可再生绿色能源之一，在环境污染不断加重以及能源日益紧缺的今天，开发并利用太阳能已经成为人类发展的迫切需要。近年来利用太阳能进行发电的技术取得很大的进步，其主要发展方式还是光伏发电并网的研究，研究和设计光伏并网系统的技术具有非常重要的现实意义。
　　本文主要研究单相两级式光伏并网系统，对其进行探讨和详细的理论分析。分析和研究了光伏并网系统的结构、光伏电池的基本原理、元件参数、最大功率点的跟踪控制以及逆变并网控制策略等方面的内容。
　　本文论述了光伏发电系统的国内外发展现状及其背景意义，研究和分析了其具体结构原理和控制方法策略。首先详细研究分析了光伏电池的电路基本原理和等效模型。并且在MATLAB/Simulink环境下搭建了光伏电池的仿真模型，仿真分析了其输出曲线特性在不同外界条件下的变化规律，为最大功率点跟踪控制提供理论基础。
　　前级采用了Boost升压电路，经过分析和计算对元器件参数进行选择。在此基础上研究分析了最大功率点跟踪几种常用控制方法的优缺点，然后对比分析了几种常用方法的不足之处，对原有方法进行改进，采用两种方法相结合的双模式控制方式，并在MATLAB/Simulink仿真软件下搭建了Boost电路最大功率点跟踪仿真模型，对不同方法进行了仿真分析比较，改进方法提高了跟踪速度及鲁棒性。后级采用单相全桥DC/AC逆变电路，进行分析和计算元器件参数，通过对传统方法的分析，针对其无静差跟踪方面的不足之处进行改进，提出基于虚拟矢量电压电流双闭环控制方法对并网逆变器进行控制，电压外环采用PI控制器，电流内环采用准PR控制器，引进单相SVPWM调制方式对逆变器进行触发控制，并且搭建了逆变电路的仿真模型，通过对该控制策略仿真分析比较，验证了其正确性和有效性。
　　最后在上文理论分析和控制策略研究的基础上，设计了系统主控制电路、采样电路等硬件电路，以及系统软件主程序、周期中断子程序、捕获中断程序的设计。并针对单相两级式光伏并网系统进行仿真模型的搭建，并对控制策略进行仿真分析验证，从母线稳压、并网电流高质量等方面证明了本文提出方法的可行性和优越性。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 光伏并网国内外发展现状和趋势

1．2．2 国内外光伏逆变器研究现状

1．2．3 光伏并网逆变技术及其研究现状

1．3 光伏发电系统类型

1．4 本文主要研究内容

2 光伏电池建模与特性分析

2．1 光伏电池

2．2 光伏电池基本原理

2．3 光伏电池数学模型

2．3．1 光伏电池等效数学模型

2．3．2 光伏电池工程数学模型

2．4 光伏电池模型仿真及特性分析

2．5 本章小结

3 光伏DC-DC变换器的研究与设计

3．1．1 DC-DC变换器的选择

3．1．2 Boost变换器原理分析与设计参数

3．2 最大功率点跟踪算法的研究

3．2．1 恒定电压法

3．2．2 扰动观察法

3．2．3 增量电导法

3．2．4 变步长增量电导法

3．2．5 改进变步长增量电导法

3．3 MPPT仿真分析

3．4 本章小结

4 单相光伏并网逆变器的研究与设计

4．1 单相全桥逆变电路结构分析

4．2 单相全桥逆变电路参数设计

4．3 单相并网逆变控制技术

4．3．1 并网逆变器控制方法

4．3．2 并网逆变控制目标

4．4 基于电网电压定向的双闭环控制策略

4．4．1 电流内环数学模型

4．4．2 电网电压前馈补偿器设计

4．4．3 电压电流双闭环数学模型

4．4．4 电压电流双闭环控制策略

4．5 基于虚拟矢量的电压电流双闭环控制策略

4．5．1 比例谐振控制器

4．5．2 单相空间矢量脉冲宽度调制

4．5．3 基于虚拟矢量双闭环控制策略

4．6 逆变仿真分析

4．7 本章小结

5 系统软硬件设计与仿真分析

5．1 控制系统硬件电路设计

5．1．1 主控制系统

5．1．2 采样电路

5．1．3 电网电压过零点捕获电路设计

5．2 系统软件设计

5．2．1 主程序

5．2．2 周期中断子程序

5．2．3 捕获中断控制

5．3 光伏发电系统仿真分析

5．4 本章小结

6 结论

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文