混沌理论在光伏直流微电网系统中的应用研究

摘要

光伏直流微电网是由光伏电池板将太阳能转换为准直流电能，并可对供电区域内的用户负荷直接供电的微电网系统。在光伏直流微电网系统中，存在着复杂的非线性现象，混沌现象便是其中之一。当处于混沌状态时，系统将有可能无法正常运行甚至失去控制。目前对光伏直流微电网中的混沌现象以及对混沌的控制等方面的研究还处于起步阶段。因此，开展混沌理论在光伏直流微电网中的应用研究具有重要的现实意义，它将会对分布式光伏发电系统性能的提高具有促进作用。
　　以光伏直流微电网中常用的低阶DC-DC变换器为研究对象，推导出电压模式Buck、电流模式Boost和Buck-Boost变换器在CCM条件下的状态方程并建立分段开关模型和离散迭代映射模型，从分岔图、相图、庞加莱截面、电感电流和输出电压的时域波形方面分别分析这三种变换器中的混沌现象。提出一种基于Wigner-Ville分布的DC-DC变换器混沌状态识别方法，解决DC-DC变换器是工作在单周期、2倍周期、4倍周期还是混沌状态的判断问题。
　　研究了高阶DC-DC变换器中四阶Superbuck变换器的非线性现象。通过分析CCM条件下Superbuck变换器的状态方程，建立了电流模式Superbuck变换器的分段开关模型和离散迭代映射模型。通过分析电感电流和输出电压的时域波形、分岔图、相图、Wigner-Ville分布以及庞加莱映射截面，得到Superbuck变换器从稳定到倍周期分岔直至混沌状态的演化过程。
　　通过对DC-DC变换器的稳定性分析，推导出了基于参考电流的电流模式Boost、Buck-Boost、Superbuck变换器的稳定判据;采用参数共振微扰法，通过改变扰动信号参数的大小实现了电流模式Boost、Buck-Boost和Superbuck变换器的混沌控制，使变换器从混沌状态变换到单倍周期状态。
　　应用最大功率点跟踪技术，可以使光伏直流微电网系统输出更多的能量。为解决混沌搜索方法无法直接应用于光伏电池板的最大功率点跟踪中，本文采用幂级数改进Logistic映射产生的混沌变量，提出一种基于变尺度混沌优化搜索的光伏阵列最大功率点跟踪方法。通过仿真和与P&O方法对比表明，本文提出的方法能快速准确地跟踪外部环境变化，避免了阴影条件下陷入局部最优的缺陷。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的背景及意义

1．2 混沌和混沌理论及其发展

1．2．1 混沌及其特征

1．2．2 混沌理论及发展

1．3 光伏直流微电网

1．3．1 光伏直流微电网组成与结构

1．3．2 光伏阵列特性及其仿真模型

1．4 混沌理论在光伏直流微电网中的应用研究现状

1．4．1 在DC-DC变换器中的应用研究现状

1．4．2 在最大功率点跟踪中的应用研究现状

1．5 本文主要研究内容和章节安排

2 低阶DC-DC变换器混沌现象分析

2．1 Buck变换器

2．1．1 Buck变换器结构和工作原理

2．1．2 电压模式Buck变换器的建模

2．1．3 电压模式Buck变换器的分岔与混沌现象

2．2 Boost变换器

2．2．1 Boost变换器结构和工作原理

2．2．2 电流模式Boost变换器的建模

2．2．3 电流模式Boost变换器的分岔与混沌现象

2．3 Buck-Boost变换器

2．3．1 Buck-Boost变换器结构和工作原理

2．3．2 电流模式Buck-Boost变换器的建模

2．3．3 电流模式Buck-Boost变换器的分岔与混沌现象

2．4 本章小结

3 高阶DC-DC变换器混沌现象分析

3．1 Superbuck变换器分析

3．1．1 Superbuck变换器结构

3．1．2 电流模式Superbuck变换器的工作原理

3．2 电流模式Superbuck变换器的建模

3．2．1 分段开关模型

3．2．2 离散迭代映射模型

3．3 电流模式Superuck变换器的分岔与混沌现象

3．3．1 模型分析法

3．3．2 Wigner-Ville分布法

3．4 本章小结

4 DC-DC变换器混沌的控制研究

4．1 引言

4．2 Boost变换器混沌的控制

4．2．1 Boost变换器的稳定判据

4．2．2 参数共振微扰法在Boost变换器中的应用

4．3 Buck-Boost变换器混沌的控制

4．3．2 参数共振微扰法在Buck-Boost变换器中的应用

4．4 Superbuck变换器混沌的控制

4．4．1 Superbuck变换器的稳定判据

4．4．2 参数共振微扰法在Superbuck变换器中的应用

4．5 本章小结

5 基于混沌优化搜索的光伏阵列MPPT研究

5．1 引言

5．2 MPPT基本目标与工作原理

5．3 变尺度混沌优化搜索方法

5．3．1 混沌映射与载波方式

5．3．2 搜索空间映射与变尺度搜索

5．3．3 混沌搜索策略

5．4 变尺度混沌优化搜索

5．4．1 MPPT控制电路

5．4．2 无遮挡光照条件下光伏阵列MPPT

5．4．3 局部阴影条件下光伏阵列MPPT

5．5 本章小结

6 结束语

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文和完成的工作

学位论文数据集