太阳能装置并网控制器的设计与实现

摘要

当今世界能源、环境问题与高速发展的物质文明之间的矛盾日益严重,因而开发利用绿色高效的可再生能源成为了自然科学的热点问题。在追求低碳社会的今天,太阳能作为一种清洁的分布式再生能源被广泛应用。太阳能应用中应对当前能源危机的重要问题是如何开发太阳能光电系统。目前太阳能发电的成本较高,随着电力电子技术和储能技术的不断提高,使得太阳能电池组的价格大大降低,太阳能发电系统的竞争力越来越强,光伏发电技术将得到快速发展。光伏发电技术具有控制简单、运行可靠和能量损耗较小等优点,将成为未来新能源发电主要模式之一。
　　本文针对三相光伏逆变器本身和并网控制的要求,提出了电容电流内环、电感电流外环的控制策略,搭建了基于 LCL型滤波器的光伏并网逆变器的数学模型,给出了并网逆变器系统的设计步骤。本论文的主要工作如下:
　　(1)首先从能源的角度引出了太阳能的光伏发电利用问题,概述了国内外光伏发电的发展状况及光伏并网发电技术的发展问题,对论文的主要研究内容进行了说明。然后分析了不同分类方式下的光伏并网主电路拓扑结构,选择了三相两级式结构作为本论文使用的光伏并网结构,设计了系统的整体控制方案,即系统前级DC/DC电路实现光伏电池的最大功率点跟踪控制、系统后级 DC/AC电路实现光伏系统的并网控制并稳定中间直流母线电压。
　　(2)对光伏电池模型进行了分析与仿真,阐述了常用最大功率点跟踪方法及其优缺点。从一般三相逆变器的数学模型和坐标系dq变换入手,采用电流双闭环的控制方案,深入探讨了PI重复控制的基本原理,并仿真了并网系统的模型;对光伏电池、双向DC/AC功率变换器、双开关Buck-Boost变换器和双向 DC/DC变换器等进行了建模,并结合模型,对其输出特性进行了分析
　　(3)以 TMS320F2812芯片为核心,设计了光伏发电并网系统的主电路、控制电路、采样电路和驱动电路等,硬件上配合搭建了光伏发电并网系统平台,进行了一系列系统测试,列出了详尽的调试步骤并得到相关实验数据。
　　最后试验结果表明,基于搭建的系统仿真模型和实验室硬件平台,对本文提出的控制策略进行了对比研究。仿真和实验结果验证了系统控制策略具有较强的抗扰性能和良好的动稳态性能,证明了控制器参数设计的合理性。实现了并网逆变器系统的数字化控制,通过并网控制系统的调试,最终的实验结果验证了设计的合理性。文中设计的并网系统的电流能很好地跟踪给定的电流,并得到单位功率因数,实验及其结果验证了光伏发电并网系统设计的合理性。

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第1章 绪 论

1.1 太阳能利用的背景和意义

1.2 光伏发电系统介绍

1.3 光伏并网型逆变器技术

1.4 光伏发电发展趋势

1.5 论文主要内容和结构安排

第2章 三相光伏并网逆变器的拓扑及工作原理

2.1 光伏电池的特性分析

2.2 双向DC/AC变换器的特性分析

2.3 双开关Buck-Boost变换器的特性分析

2.4 双向DC/DC变换器的特性分析

2.5 本章小结

第3章 光伏并网逆变器控制策略的研究

3.1 LCL滤波器设计

3.2 并网电流控制器的设计

3.3 直流侧电压控制器的设计

3.4 本章小结

第4章 并网逆变器系统设计与试验结果分析

4.1主电路设计

4.2 系统仿真结果分析

4.3并网逆变器系统的调试步骤与结果分析

4.4系统调试步骤及结果分析

4.5本章小结

总结与展望

参考文献

致谢