小功率光伏并网发电系统最大功率跟踪与孤岛问题的研究

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能源危机和环境保护的双重要求,使大规模地开发利用可再生清洁能源受到人们的关注。在不久的将来,并网发电系统将成为太阳能光伏利用的主要形式。高性能的数字信号处理器芯片(DSP)的出现,使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器的控制成为可能。本文的主要研究内容有: 1.首先分析了光伏并网逆变器的结构和控制策略,最后采用改进的固定频率SPWM电流控制策略,很好地实现了并网逆变器的单位功率因数正弦电流输出控制。本文还使用状态空间平均法对并网逆变器进行了建模分析,然后使用MATLAB中的Simulink工具进行了系统仿真。通过仿真给具体的硬件设计提供了有效的帮助。 2.最大功率点跟踪控制问题(MaximumPowerPointTracking)是光伏系统中经常遇见的问题。本文主要对小功率的两级变换结构光伏并网逆变器的MPPT控制进行了深入的研究。对DC-DC方式下的MPPT控制,在对常用的几种MPPT控制方法进行详细分析的基础上,提出了一种扫描周期可随并网逆变器运行状况实时改变的改进间歇扫描法,在保证最大功率跟踪控制精度的前提下,减少了对工作点的扰动次数,提高了系统运行的稳定性;另外,通过理论分析,提出了对于两级变换结构的光伏并网逆变器使用DC-AC逆变器部分实现MPPT控制的控制方式,并总结出采用该控制方式时前后两级的调节规律。最后通过实验验证了本文提出的两级变换结构光伏并网逆变器MPPT控制方法的正确性。 3.为了实现并网逆变器的输出电流与网压同频同相,本文使用了锁相环控制技术。另外锁相环控制的作用还在于配合反孤岛检测控制,在网压存在的情况下可以减小主动频率扰动对输出波形的影响。通过对锁相环工作原理的分析,本文最后采用了调频和调相分开进行的控制方式,最后给出了本文设计的软件锁相环的设计方案和软件流程图。 4.孤岛效应是光伏并网发电系统应用中必须防止发生的故障现象。本文首先详细分析了被动法和主动法进行反孤岛检测的工作原理;然后根据现有的两种主动频率扰动方法并结合本文中并网逆变器的实际并网控制过程,提出了一种正反馈频率漂移反孤岛检测方法,然后详细介绍了该方法的原理和实现过程,并且给出了并网逆变器的反孤岛效应模型和仿真实验结果;本文还根据IEEEStd.2000-929标准提供的测试方法设计了检测反孤岛控制能力的测试电路并对采用该控制方法的并网逆变器样机进行了反孤岛控制能力测试,测试结果表明该方法是可行的并且达到了IEEEStd.2000-929标准的规定。 5.本文详细介绍了两级变换结构的光伏并网逆变器的主电路和基于Topswitch(TOP222)芯片的单端反激式辅助电源的硬件电路,以及基于DSP(TMS320F240)芯片和CPLD(XC95144)芯片的并网逆变器的控制电路的设计过程。最后还给出了基于汇编语言的光伏并网逆变器控制系统整体软件设计过程。 6.光伏并网发电系统的大规模使用必须和远程数据监控联系在一起,本文开发了可供实用的光伏并网发电系统的监控系统的软件,监控软件是基于VB6(VisualBasic6.0)编程语言和ACCESS2.0数据库语言开发的。
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