基于占空比扰动法的MPPT光伏逆变器的研究

摘要

能源是一个国家工业发展的基础，而中国的石油贫乏，进口量逐年增加，所以面临严重的能源安全问题。虽然中国的煤炭资源丰富，但是煤炭的使用会造成严重的大气污染，因此发展清洁能源成为目前的第一选择。在清洁能源的发展中，光伏发电目前占据主要地位，因此对于逆变器的分析与研究就显得很重要。
　　本文首先对于光伏发电的电路图进行了分析，比较了几种电路结构图的长处和缺陷，并对两级系统的逆变器前级直流-直流和后级直流-交流的结构进行了数学分析，并在不同的坐标系下进行数学方程的坐标变换。
　　进一步对光伏电池工作的内部机理进行分析，由表达式的几何分析发现，在太阳光强较大，并且大小不等时，Pmax对应的光伏电池的输出电压不变，这给最大功率的跟踪提供了方向。然后对传统的Pmax跟踪方法进行介绍，并在一般方法的基础上，通过结合常规的扰动法，产生一种能够快速且准确跟踪Pmax的算法，即为:占空比扰动算法。通过MATLAB软件对传统方法和占空比扰动法进行仿真，从输出的波形图可以验证该方法比传统的方法具有优越性。
　　然后对逆变器的不同控制策略进行分析，重点介绍了SVM(空间矢量调制，也叫SVPWM)控制策略，因为在静止三相坐标系下的控制变量多，造成控制器的设计困难。本文通过解耦法，实现了在旋转坐标系下的对变量的分离，使得原来有联系的量变得相互独立，进而使得对逆变器的控制设计变得容易。并通过MATLAB软件建立了DC-DC-AC型光伏逆变器的仿真模型。通过输出电压波形，可以明显的看到SVPWM调制下的输出电压波形比SPWM（正弦脉冲宽度调制）调制下的输出电压波形的畸变率更小。然后进一步通过傅里叶分析可以看到，SVPWM调制下的A相输出电压波形畸变率为0.57％小于SPWM调制下的输出电压畸变率0.59％。因此可以看出采用SVPWM逆变器控制策略要比SPWM逆变器控制策略具有优势。结果表明:电流解耦下的SVM控制方法可以比采用SPWM调制能够有效减轻起始阶段逆变器的输出波形的畸变。逆变器并网时也可以得到类似的结论。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 逆变器研究现状

1．3 MPPT研究现状

1．4 本文主要研究内容及工作安排

2 光伏系统拓扑和逆变器的设计与分析

2．1 光伏发电系统拓扑结构

2．2 光伏并网逆变器的拓扑选择

2．3 两级三相逆变器的传统的数学分析

2．4 本章小结

3 最大功率点跟踪技术的研究

3．1 光伏电池的基本原理和特性

3．2 光伏电池特性分析

3．3 最大功率点跟踪原理

3．4 探索MPPT的新方法

3．5 小结

4 逆变器的SVM控制策略

4．1 三相静止坐标系与dq坐标系的变换

4．2 空间矢量技术与SPWM等其它逆变器控制技术的比较

4．3 SVPWM调制技术

4．4 SVPWM仿真分析

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果