太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制策略研究.pdf

1、世界能源危機(jī)和環(huán)境問題使得開發(fā)利用可再生能源和各種綠色能源以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展成為人類必須采取的措施。而隨著太陽能電池和電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽能光伏發(fā)電得到了長(zhǎng)足的發(fā)展并已成為新能源利用的主流之一。當(dāng)前，光伏發(fā)電不斷向低成本、高效率和高功率密度方向發(fā)展，太陽能光伏利用的主要形式將是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。高性能的數(shù)字信號(hào)處理器芯片DSP的出現(xiàn)，使得一些先進(jìn)的控制策略應(yīng)用于光伏并網(wǎng)的控制成為可能。 本論文研究太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，從成本

2、、可靠性和效率的角度出發(fā)，主要對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制算法進(jìn)行了深入地探究。 論文首先確定了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)和所需設(shè)計(jì)的逆變器規(guī)格，然后對(duì)現(xiàn)階段最具代表性的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析對(duì)比，通過歸納總結(jié)，提出了一種雙全橋光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上對(duì)逆變器每一細(xì)節(jié)進(jìn)行了深入研究：提出了基于虛擬電阻法的輸出濾波器性能優(yōu)化，得到低成本、高可靠性和高效率的逆變器結(jié)構(gòu)。 論文研究了光伏陣列模塊，根據(jù)入射太陽光光照強(qiáng)度

3、與所產(chǎn)生電流之間的關(guān)系，對(duì)光伏陣列模塊的相關(guān)特性，如部分遮擋、光伏模塊終端的電壓/電流紋波，進(jìn)行了理論研究，通過仿真軟件對(duì)光伏陣列模塊的各種特性進(jìn)行了仿真模擬。根據(jù)光伏陣列模塊的數(shù)學(xué)模型，本文提出了一種新的最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT(Maximum Power Point Tracking)算法——基于開關(guān)面零均值動(dòng)態(tài)準(zhǔn)滑模MPPT控制算法，以滑模面周期積分為零代替滑模面為零，解決了滑?？刂崎_關(guān)頻率不固定，滑模MPPT控制會(huì)在最大功率點(diǎn)附近

4、抖動(dòng)的問題；結(jié)合局部掃描法，使得MPPT控制簡(jiǎn)單易行，響應(yīng)迅速，魯棒性較強(qiáng)，開關(guān)頻率固定，適用于部分遮擋和光照強(qiáng)度變化劇烈的場(chǎng)合，使得光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠盡可能大地從光伏陣列模塊中獲得太陽能能量，通過仿真和實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證了所提方法的具有高精度和高效性。 為了使直流端電壓盡可能的小，論文對(duì)直流端電壓參考值的選取進(jìn)行了研究，提供了直流端電壓的計(jì)算方法，減小了MOSFET管的開關(guān)損耗，保護(hù)了直流端的電解電容。在此基礎(chǔ)上，提出了基于單周期

5、離散比例積分PI(Proportion Integral)的直流端電壓控制，使得交流跟蹤電流參考值基于光伏模塊產(chǎn)生的電流值，這樣可以方便地調(diào)節(jié)光伏模塊的工作點(diǎn)。 論文提出了基于Walsh的特定消諧脈寬調(diào)制的電網(wǎng)電流控制器，減小了光伏并網(wǎng)逆變器的開關(guān)次數(shù)和系統(tǒng)損耗，并可控制輸出電網(wǎng)電流諧波。為了減小注入電網(wǎng)的電流諧波，論文還簡(jiǎn)要地對(duì)死區(qū)時(shí)間效應(yīng)進(jìn)行了比較分析，研究了不同的死區(qū)時(shí)間對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，為死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償提供了理論依據(jù)。

6、從用電安全與電能質(zhì)量考慮，研究了快速安全的孤島效應(yīng)檢測(cè)控制方法，分析了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)直接并網(wǎng)時(shí)的安全保護(hù)問題，保證了整個(gè)系統(tǒng)的高效安全運(yùn)行。在理論研究的基礎(chǔ)上，本論文研制出光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，同時(shí)比較了實(shí)際實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)之間的差別。對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的整個(gè)系統(tǒng)性能，包括電網(wǎng)與逆變器接口性能以及光伏模塊與逆變器接口性能進(jìn)行了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制算法的正確性、可行性和高效性。 最后對(duì)