基于多峰值MPPT光伏并网系统控制策略的研究

摘要

光伏发电作为太阳能开发利用的有效途径得以大力发展，但是实际工程中多变且不均匀的光源辐照度会造成光伏阵列失配，使其输出特性呈现多峰现象，给阵列的稳定输出和并网带来许多问题。本文以非隔离型两级式三相光伏并网发电系统为对象，着重研究阴影条件下光伏阵列最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）算法、非隔离型光伏并网系统共模电流的抑制措施、并网电流控制算法三部分，并进行仿真和实验测试系统的验证，实现光伏阵列输出功率的最大化和并网电能质量的优化。论文的主要工作如下： （1）对光伏阵列安装结构、DC-DC拓扑结构、DC-AC拓扑结构分析对比后确定本文非隔离型两级式三相光伏并网发电系统主电路拓扑的总体设计方案，并明确系统相关的性能指标。 （2）在MATLAB/Simulink中仿真得到光伏电池的输出特性，以此为基础分析MPPT追踪原理和控制方法；分析阴影条件下光伏阵列的失配现象，仿真得到阵列的多峰输出特性并分析其分布规律；针对传统MPPT算法追踪多峰值全局最大功率点易陷入局部极值的问题，本文采用改进型粒子群算法（Particle Swarm Optimization，PSO）&改进型扰动观测法的复合MPPT算法，追踪前期用改进型PSO追踪全局最大功率点，在追踪趋于稳态时用改进型扰动观测法进行追踪；最后通过仿真验证该算法的优越性。 （3）分析非隔离型光伏并网系统共模电流的产生原理及抑制条件；针对传统H6并网逆变拓扑共模电流大的问题采用一种新型FB7并网逆变拓扑并分析该拓扑在其对应的NEW PWM调制方式下抑制共模电流的原理；最后搭建仿真模型对传统H6拓扑分别结合SVPWM、DPWM、AZSPWM三种调制方式以及新型FB7拓扑结合NEW PWM调制方式四种方案进行仿真验证，仿真结果表明新型FB7并网逆变拓扑在NEW PWM调制方式下抑制共模电流具有优越性。 （4）分析PI、PR、QPR三种控制算法的原理及联系；针对PI控制算法繁琐的坐标变换、解耦计算和QPR控制算法无法抑制直流分量的问题，采用两相静止坐标系下PI+QPR复合控制算法实现对并网电流的控制；最后搭建仿真模型分别对PI控制算法、QPR控制算法、PI+QPR复合控制算法进行仿真，对比三种方案对交流信号的无静差跟踪、抑制直流分量等性能，验证本文PI+QPR复合控制算法的有效性和正确性。 搭建一台4.5kW的实验测试系统，以TMS320F28335为主控芯片进行相应的硬件设计和软件编程，对实验测试结果进行分析验证本文系统的合理性和控制算法的有效性。

目录

1 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 光伏发电发展现状

1.3 关键技术国内外研究现状

1.4 本文主要工作安排

2 基于多峰值MPPT光伏并网系统的总体方案设计

2.1 光伏阵列安装方式

2.2 直流变换器拓扑结构

2.3 并网逆变器拓扑结构

2.4 本文总体方案设计

2.5 本章小结

3 光伏阵列多峰值MPPT技术研究

3.1 标准条件下光伏阵列MPPT技术研究

3.2 阴影条件下光伏阵列的输出特性

3.3 阴影条件下光伏阵列多峰值MPPT算法

3.4 Simulink仿真与结果分析

3.5 本章小结

4 基于FB7逆变拓扑三相光伏并网控制策略的研究

4.1 非隔离型光伏并网系统的共模分析

4.2 基于PI+QPR的并网控制策略研究

4.3 本章小结

5 实验测试系统方案设计

5.1 实验测试系统硬件部分方案设计

5.2 实验测试系统软件部分方案设计

5.3 实验测试系统平台与实验测试结果分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

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