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光伏并网发电系统的仿真研究与设计

作　者: 陈昌喆
导　师: 徐华中
学　校: 武汉理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 光伏 MPPT 逆变并网三相四桥臂 IGBT驱动
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 631次
引　用: 9次
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内容摘要

太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分,被认为是当前世界上最有发展前景的新能源技术,各发达国家均投入巨额资金竞相研究开发,并积极推进产业化进程,大力开拓市场应用。因此,光伏逆变并网系统是绿色新能源开发中一个不容忽视的研究热点。以往的光伏电池仿真都是通过对开路电压Voc和短路电流Isc的匹配来设置的光伏电池仿真参数,这种方式使得曲线的中间部分很难反映电池实际的Ⅰ-Ⅴ特征。本文通过使用拟合实际测量曲线的方法,自动寻找合适仿真参数,使得仿真结果与实际曲线更接近,更能反映实际情况。传统的光伏逆变系统是使用三相三线制系统,为了解决三相不平衡问题,大多使用带NFT(中性点变压器)的方法,但是工频下的变压器过于笨重,在大功率场合下难以发展。本文使用三相四线制的逆变系统,通过三维空间矢量变换解决了第四桥臂的牵制问题,使得负载不平衡的问题得到了很好的解决。本文首先对光伏电池的输出特性做了深入的研究,并给出了其数学描述。介绍了MATLAB的光伏电池SolarCell模块,并提出了一种能根据实际数据校正仿真模块的方法。并对光伏的特性进行了仿真。其次,针对三相三线制逆变系统在并网过程中遇到的非平衡负载问题,引入了三相四线制逆变系统。并对三相四线系统进行了空间矢量建模,使用三维矢量变换解决了中性点桥臂牵制的问题,并选用SVPWM调制方法和PID控制策略,并对其进行了仿真,证明了该方法的可行性。另外,介绍了光伏MPPT的相关原理。详细讨论了适用于光伏MPPT的DC-DC拓扑,并对MPPT算法进行了对比选择。最后使用合适的DC-DC拓扑及跟踪算法对光伏的MPPT进行了仿真。最后,从在前文仿真的基础上对系统的关键硬件做了详细的讨论。并对部分硬件做了仿真实验,实验证明关键硬件系统原理正确,为将来的继续深入研究铺平道路。文章最后对全文进行了总结,并提出下一步工作的展望。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-19
  1.1 光伏产业的背景及意义  8-9
  1.2 我国光伏的发展现状与前景  9-10
  1.3 光伏系统概述  10-17
    1.3.1 光伏电池技术  10-12
    1.3.2 光伏电池的分类及特点  12-14
    1.3.3 光伏发电系统的结构  14-15
    1.3.4 光伏发电系统并网标准  15-17
  1.4 本课题的研究内容与目标  17-19
第2章光伏电池模型与仿真  19-33
  2.1 光伏电池输出特性的数学描述  19-23
  2.2 光伏电池的MATLAB仿真  23-32
    2.2.1 MATLAB的Solar Cell模块  23-28
    2.2.2 Solar Cell模块的参数校正  28-30
    2.2.3 MATLAB光伏特性仿真  30-32
  2.3 本章小结  32-33
第3章光伏逆变MPPT跟踪  33-47
  3.1 DC-DC  33-37
    3.1.1 降压式变换器(Buck Converter)  33-34
    3.1.2 升压式变换器(Boost Converter)  34-35
    3.1.3 升降压式变换器(Buck-Boost Converter)  35-36
    3.1.4 库克式变换器(CUK CONVERTER)  36-37
  3.2 适用于光伏MPPT的DC-DC  37-40
    3.2.1 原理分析  37
    3.2.2 储能电感L的选择  37-38
    3.2.3 滤波电容C的选择  38-39
    3.2.4 输出二极管D的选择  39-40
  3.3 MPPT中DC/DC变换器功能的实现  40-41
  3.4 最大功率点跟踪算法  41-45
    3.4.1 恒压跟踪(CVT)  42
    3.4.2 扰动观察法(P&0)  42-43
    3.4.3 电导增量法(INC)  43-45
  3.5 导纳增量法MPPT仿真  45-46
  3.6 本章小结  46-47
第4章非对称负载的逆变器设计  47-65
  4.1 逆变器的拓扑结构  47-50
    4.1.1 采用Δ/Y变压器的逆变电源  47-48
    4.1.2 采用中点形成变压器(NFT)的逆变电源  48
    4.1.3 用直流输入电压的中点作为中性点的逆变电源  48-49
    4.1.4 三相四桥臂逆变电源  49-50
  4.2 三相光伏逆变器的控制方式及算法  50-53
    4.2.1 控制方式的分类  50
    4.2.2 SV-PWM  50-53
  4.3 三相四桥臂SV-PWM  53-64
    4.3.1 三相四桥臂逆变器的电压空间相量  53-56
    4.3.2 三相四桥臂逆变器的空间相量控制  56-61
    4.3.3 系统仿真  61-64
  4.4 本章小结  64-65
第5章逆变器硬件设计  65-74
  5.1 系统硬件总体结构  65-66
  5.2 主控芯片DSC56F8367  66-67
  5.3 系统主回路  67-68
  5.4 电压电流采样电路  68-69
  5.5 锁相电路设计  69-70
  5.6 IGBT驱动电路  70-73
    5.6.1 KE103 IGBT驱动器  71-73
  5.7 本章小结  73-74
第6章总结与展望  74-76
  6.1 全文总结  74-75
  6.2 下一步工作的展望  75-76
参考文献  76-81
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  81-82
致谢  82

光伏并网发电系统的仿真研究与设计

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