光伏电源宽输入混联并网接口混成切换控制研究

摘要

随着能源危机和环境污染问题的日益严峻，大力开发和利用清洁可再生能源成为当今世界能源发展的必然趋势。太阳能作为一种取之不尽的清洁可再生能源，必将成为未来世界的主导能源之一。光伏并网发电是太阳能有效利用的主要方式之一，然而光伏发电受光照、温度等环境因素的影响，其功率输出特性具有典型的随机性和间歇性特点，光伏电源在接入主电网时不可避免会引起并网电能质量拙劣以及并网发电效率低等问题。因此，论文以连接光伏电源与主电网的并网功率接口作为研究对象，开展光伏发电并网接口主电路拓扑结构及其控制方法的研究，具有重要的理论意义与实用价值。
　　论文针对太阳能光伏电源的实际输出特性，提出了一种单级式光伏电源宽输入混联并网接口主电路拓扑结构，可以根据光伏电源输出电压的变化来改变并网接口的拓扑运行方式，拓宽光伏并网系统的发电范围，提高太阳能光伏并网系统的发电效率，改善主电网的电能质量。首先，论文详细介绍了光伏电源宽输入混联并网接口的主电路结构及其工作原理，并从运行模式切换和开关状态切换两个方面重点分析了光伏电源宽输入混联并网接口的混成切换特性，结合光伏电源宽输入混联并网接口的工作子模态连续状态方程及各工作子模态之间的切换规律，建立了光伏电源宽输入混联并网接口的混成切换系统模型。其次，根据光伏电源宽输入混联并网接口的三级切换控制原理，运用混成切换控制理论设计了事件驱动型混成切换控制器，并利用Matlab/Simulink/Stateflow平台搭建仿真模型进行仿真实验，仿真结果验证了论文提出的光伏电源并网功率接口主电路拓扑结构及其控制方法的正确性和可行性。最后，基于DSP技术对光伏电源宽输入混联并网接口的控制系统进行了初步设计。
　　论文所研究的光伏电源宽输入混联并网接口，可以拓宽光伏电源的发电范围，同时具有改善主电网电能质量的功能，从而实现光伏电源与主电网的友好并网运行，是一种高效率、高性能的电力电子并网功率接口。基于光伏电源宽输入混联并网接口典型的混成切换特性，将混成切换控制理论应用到光伏电源并网运行系统控制中，能够更加真实地反映光伏电源并网运行系统的连续特性、离散特性及两者的相互作用关系，有助于解决当前光伏电源并网控制方面的诸多问题。因此，论文的研究内容具有一定的理论意义与实际应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 太阳能光伏发电研究现状与发展趋势

1．2．1 国外研究现状与发展趋势

1．2．2 国内研究现状与发展趋势

1．3 光伏发电接入技术研究现状与发展趋势

1．3．1 光伏并网发电系统的拓扑结构分类

1．3．2 光伏发电功率接口主电路的研究现状与发展趋势

1．3．3 光伏发电接入运行控制方法的研究现状与发展趋势

1．4 混成系统控制理论的研究现状与应用

1．4．1 混成系统的提出及研究现状

1．4．2 混成系统控制的应用

1．5 论文主要研究内容

第二章 混成系统控制理论基础

2．1 混成系统的概念及特征

2．2 混成系统的主要建模方法原理分析

2．2．1 混成自动机模型

2．2．2 Petri网模型

2．2．3 层次结构模型

2．2．4 混合逻辑动态模型

2．2．5 切换系统模型

2．3 混成系统控制器设计的基本原理

2．4 本章小结

第三章 光伏电源宽输入混联并网接口混成切换特性分析

3．1 光伏电源宽输入混联并网系统主电路结构

3．1．1 单相宽输入混联单级并网系统主电路结构

3．1．2 三相宽输入混联单级并网系统主电路结构

3．2 光伏电源宽输入混联并网接口的工作原理

3．2．1 直流侧宽电压输入运行工作原理

3．2．2 交流侧并联逆变器输出运行工作原理

3．2．3 交流侧串联逆变器输出运行工作原理

3．3 光伏电源宽输入混联并网接口的混成切换特性

3．3．1 并网接口运行模式混成切换特性分析

3．3．2 并网接口开关状态混成切换特性分析

3．4 本章小结

第四章 光伏电源宽输入混联并网接口混成切换控制策略

4．1 光伏电源宽输入混联并网接口混成切换系统模型

4．1．1 并联逆变电路的混成切换系统模型

4．1．2 串联逆变电路的混成切换系统模型

4．2 光伏电源宽输入混联并网接口混成切换控制原理

4．3 光伏电源宽输入混联并网接口混成切换控制器设计

4．3．1 交流侧接入主电网运行方式切换规律

4．3．2 主电路串并联运行模式切换规律

4．3．3 主电路工作模态切换规律

4．4 本章小结

第五章 光伏电源宽输入混联并网接口控制仿真与设计

5．1 仿真软件平台

5．1．1 混成控制仿真软件介绍

5．1．2 Matlab／Simulink／Stateflow仿真软件简介

5．2 系统仿真模型

5．2．1 光伏电源仿真模型

5．2．2 并网运行控制系统仿真模型

5．2．3 混成切换控制器仿真模型

5．3 仿真结果与分析

5．4 控制系统的初步设计

5．4．1 控制系统的硬件设计

5．4．2 控制系统的软件流程图设计

5．5 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

附录