UPS与光伏发电混合系统网侧变流器控制策略研究

摘要

太阳能因为其不竭性和绿色环保性成为各国争相发展的新能源，光伏并网发电成为其发展的主流趋势。随着科技的发展，各种先进的电子产品已经深入到社会的各个领域。双变换式UPS因其能为用电设备提供高品质的电力供应而得到了广泛的应用。但光伏并网发电和双变换式UPS技术都有着各自的不足，比如:光伏并网发电装置只在白天且天气状况较好的情况下工作，设备利用率低;新型双变换式UPS能有效改善网侧电流谐波和功率因数，但其前级PWM整流器并未得到充分利用;另外，UPS在停电后的支撑时间不够充足也是其难以克服的缺点。
　　本文针对二者的不足，在深入分析其各自的拓扑，工作原理和控制策略的基础上，通过共用一个网侧变流器，将二者有效地融合在一起，构建了一个新型的供电系统。此系统同时具有光伏发电和双变换式UPS两种功能，提高了设备的利用率;由于存在光伏发电环节，当电网停电时有可能大大延长UPS的供电时间;并且在电路结构上节省了一个变流器，降低了造价。
　　本课题对新系统的工作原理进行了分析，重点研究了网侧PWM变流器的控制策略以及光伏阵列最大功率点跟踪算法。网侧PWM变流器采用电压电流双闭环结构，电压外环采用前馈补偿和输出电压反馈的PI控制，电流内环采用滑模控制。为了提高光伏发电效率，并针对传统模糊控制最大功率点跟踪算法没有考虑到变流器PWM脉宽的变化对系统的影响情况，采用了一种改进的模糊控制算法。并且对系统中的蓄电池管理、核心部件的硬件和软件设计等技术做了相应的研究。
　　最后通过Matlab7.1仿真软件对三相电压型PWM变流器系统及光伏最大功率点跟踪算法进行了仿真，通过模型搭建及波形分析验证了本文所提出的PWM变流器控制策略能有效地稳定直流侧电压和使交流侧以单位功率因数运行;改进的模糊控制算法能更快速的跟踪到光伏电池的最大功率点且提高了系统的稳定性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究的背景及意义

1．2．1 UPS概述

1．2．2 光伏发电技术概述

1．2．3 课题研究的目的和意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本论文主要工作及内容安排

2 UPS与光伏发电系统网侧变流器的基本结构

2．1 PWM变流器的拓扑结构

2．1．1 单相电压型PWM变流器拓扑

2．1．2 三相电压型PWM变流器拓扑

2．2 PWM变流器的基本原理

2．3 三相电压型PWM变流器的数学模型

2．3．1 三相电压型PWM变流器的一般数学模型

2．3．2 三相电压型PWM变流器的dq模型

2．4 本章小结

3 UPS与光伏发电系统网侧变流器的控制策略

3．1 UPS与光伏发电相结合的系统框图

3．1．1 新型双变换式UPS的拓扑结构及工作原理

3．1．2 光伏并网发电系统拓扑结构及工作原理

3．1．3 UPS和光伏并网发电相结合的系统拓扑结构和工作原理

3．2 网侧PWM变流器控制策略分析

3．3 电压环设计

3．4 基于滑模控制的电流内环设计

3．4．1 滑模变结构控制基本原理

3．4．2 滑模控制电流环设计

3．5 空间矢量PWM调制方式实现

3．6 本章小结

4 光伏系统最大功率跟踪及蓄电池管理

4．1 光伏电池最大功率点跟踪

4．1．1 光伏电池工作原理及特性

4．1．2 光伏电池最大功率点跟踪方法

4．1．3 一种改进的模糊控制的MPPT算法

4．2 蓄电池充放电管理

4．2．1 蓄电池的充电管理

4．2．2 蓄电池的放电管理

4．2．3 双向DC／DC电路设计

4．3 本章小结

5 系统的软硬件设计

5．1 系统总体结构

5．2 系统主电路设计

5．2．1 网侧变流器电路参数设计

5．2．2 Boost电路参数设计

5．3 控制电路硬件设计

5．3．1 控制芯片的选择

5．3．2 信号检测电路

5．4 系统软件设计

5．4．1 系统软件的总体设计

5．4．2 系统软件的模块设计

5．5 本章小结

6 系统仿真和结果分析

6．1 光伏最大功率点跟踪算法的仿真及分析

6．1．1 光伏电池的仿真模型

6．1．2 模糊控制MPPT系统的仿真及结果分析

6．2 网侧PWM变流器的仿真结果及分析

6．2．1 PWM变流器仿真模型

6．2．2 仿真结果分析

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 今后工作展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果