双级式光伏并网变换器控制策略研究

摘要

为了解决常规能源不断消耗及使用中带来的一系列问题，能源结构必将逐步实现从化石能源为主、清洁能源为辅向清洁能源为主、化石能源为辅的战略转型。太阳能光伏并网发电作为有效应对能源问题的措施之一，成为国内外学者研究的热点，在各国也得到广泛的应用。本文针对双级式光伏并网变换器，主要研究实现其最大功率跟踪的MPPT控制策略和基于LCL滤波器的并网控制策略。
　　论文首先分析了常规能源引发的各种环境问题，综述了国内外光伏发电产业的发展现状、现有的光伏并网系统拓扑结构及光伏变换器控制策略。
　　其次，介绍了双级式光伏并网发电系统的结构及工作原理，对光伏组件及阵列进行了选型与设计，基于光伏电池工程数学模型分析了光伏阵列的输出特性；简述了Boost电路原理和DC/AC工作原理及其调制方式，分析了LCL滤波器特性，并对电路主要参数进行了设计。简要介绍了光伏并网系统的输电线路。
　　再次，针对前级Boost变换器，提出了一种具有功率电压双闭环结构和基于梯度信息的MPPT控制策略，它直接从光伏阵列的功率—电压特性出发，依据梯度信息直接给出最大功率点电压，进而通过电压闭环实现自动寻优。这种控制策略具有功能层次清楚、物理概念清晰、参数调整方便的特点，且具有良好的抗干扰性能。
　　第四，针对后级含有LCL滤波器的逆变器，基于常规矢量控制技术，引入了有源阻尼控制中的电容电流反馈技术，给出了一种含有LCL滤波器的逆变器有源阻尼功率解耦控制策略，能够实现直流侧电压恒定和单位功率因数的并网控制。它具有结构简单，物理概念清晰，易于实现的特点，且在不增加系统损耗的情况下，增加系统阻尼，提高系统的稳定性。
　　最后，建立了10kW双级式光伏并网系统仿真模型，仿真结果表明，在模拟光强突变及自然光照条件下，系统能够快速跟踪光强变化，实现MPPT控制及单位功率因数并网控制，取得了良好的动态调节性能和静态特性。

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第一章 引言

1.1 课题的背景、目的及意义

1.2 光伏发电国内外发展概况

1.3 光伏并网变换器研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第二章 双级式光伏并网发电系统工作原理及参数设计

2.1 双级式光伏并网发电系统构成原理

2.2 光伏电池模型及特性

2.3 前级Boost电路设计

2.4 后级基于LCL滤波器的DC/AC电路设计

2.5 传输线路

第三章 双级式光伏并网变换器的控制策略研究

3.1 双级式变换器控制策略概述

3.2 前级变换器最大功率点跟踪控制

3.3 后级逆变器的功率解耦控制策略

3.4 单同步坐标系软件锁相环

第四章 双级式光伏并网变换器控制策略仿真研究

4.1 仿真环境

4.2 光伏并网发电系统仿真模型

4.3 双级式光伏并网控制策略仿真结果及分析

第五章 结论

参考文献

致谢

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