【摘要】：隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展,只依靠化石能源已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的能源需求,目前全世界都在尋找其替代品。一些清潔、高效、廉價(jià)的可再生的能源應(yīng)該得到很好的開發(fā),如太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿�。使用可再生能源還可以控制因過量使用化石能源所帶來的大氣污染問題,因此許多國(guó)家正在鼓勵(lì)和支持這方面的新研究。在所有的能源中,太陽(yáng)能是全球范圍內(nèi)最豐富的。只有30%的太陽(yáng)光被反射回太空,剩下的70%的太陽(yáng)光被地表吸收。近年來,隨著制造光伏電池的材料技術(shù)不斷進(jìn)步,光伏電池的效率也在不斷地提高,通過對(duì)光伏電池進(jìn)行串并聯(lián)組合形成光伏陣列,可以滿足大功率或是小功率等多種不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求。本文以戶用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)為目標(biāo),對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及各部分的控制進(jìn)行了研究。系統(tǒng)包含光伏陣列、Boost升壓整流器、單相光伏逆變器、蓄電池、雙向DC/DC變換器以及交直流負(fù)載。為了保證光伏陣列輸出功率最大化,采用了最大功率點(diǎn)跟蹤控制(MPPT)實(shí)時(shí)跟蹤其最大功率點(diǎn);在戶用系統(tǒng)中通常采用單相光伏逆變器為交流負(fù)載供電,本文在研究了其結(jié)構(gòu)、調(diào)制方法和控制策略的基礎(chǔ)上,針對(duì)傳統(tǒng)的PI控制不能對(duì)正弦量進(jìn)行無(wú)靜差跟蹤,設(shè)計(jì)了一種基于電壓有效值閉環(huán)控制的單相逆變器控制算法,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)正弦信號(hào)的無(wú)靜差跟蹤,具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性,且原理簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn);儲(chǔ)能裝置是戶用系統(tǒng)中必不可少的,本文采用鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能裝置,對(duì)其結(jié)構(gòu)、原理以及模型進(jìn)行了研究。雙向DC/DC變換器在本系統(tǒng)中起到控制蓄電池充放電、控制直流母線電壓等重要作用,本文重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行了研究。在分析了變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,分別對(duì)其兩種工作模式Buck模式和Boost模式進(jìn)行了建模,并采用了一步模型預(yù)測(cè)控制以及滿意優(yōu)化控制對(duì)變換器進(jìn)行了控制,仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制算法的有效性。本文根據(jù)戶用系統(tǒng)中光伏陣列輸出功率與負(fù)載功率的實(shí)時(shí)關(guān)系,并結(jié)合蓄電池的荷電狀態(tài),設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的能量管理策略。策略將負(fù)載按重要程度進(jìn)行分級(jí)控制,并建立了五種工作模式,大大提高了系統(tǒng)的可靠性。最后本文在MATLAB/SIMULINK中搭建了整個(gè)系統(tǒng)的仿真,驗(yàn)證了各部分控制算法的有效性并觀測(cè)了系統(tǒng)在不同工作模式下的運(yùn)行效果。
[Abstract]:With the rapid development of human society, fossil energy alone can not meet the increasing demand for energy. At present, the world is looking for its replacement. Some clean, efficient and cheap renewable energy sources, such as solar, wind, geothermal and so on, should be well developed. The use of renewable energy can also control atmospheric pollution caused by excessive use of fossil energy, so many countries are encouraging and supporting new research in this area. Of all the energy sources, solar energy is the richest in the world. Only 30 percent of the sun's light is reflected back into space, and the remaining 70 percent is absorbed by the earth's surface. In recent years, with the development of the material technology of photovoltaic cells, the efficiency of photovoltaic cells has been improved, and photovoltaic arrays are formed by series-parallel combination of photovoltaic cells. It can meet the needs of many different applications such as high power or low power. In this paper, the structure of the system and the control of each part are studied, aiming at the household independent photovoltaic power generation system. The system includes PV array boost rectifier, single phase photovoltaic inverter, battery, bidirectional DC/DC converter and AC / DC load. In order to maximize the output power of photovoltaic array, the maximum power point tracking control (MPPT) is used to track the maximum power point in real time. In the household system, the single-phase photovoltaic inverter is usually used to supply AC load. On the basis of modulation method and control strategy, a single-phase inverter control algorithm based on voltage RMS closed-loop control is designed, aiming at the traditional PI control can not track sinusoids without static error. It can be used to track sinusoidal signal without static error, has good dynamic and static characteristics, and is simple in principle and easy to realize. The energy storage device is indispensable in household system. In this paper, lead-acid battery is used as energy storage device, and its structure is analyzed. The principle and model are studied. The bidirectional DC/DC converter plays an important role in the control of battery charge and discharge and DC bus voltage. On the basis of analyzing the topology of the converter, the Buck mode and the Boost mode of the converter are modeled, and the one-step model predictive control and the satisfactory optimization control are used to control the converter. Simulation results verify the effectiveness of the control algorithm. According to the real time relationship between the output power and the load power of the photovoltaic array in the household system and combined with the charging state of the battery, the energy management strategy of the system is designed in this paper. The strategy classifies the load according to the degree of importance, and establishes five working modes, which greatly improve the reliability of the system. Finally, the simulation of the whole system is built in MATLAB/SIMULINK, which verifies the effectiveness of each part of the control algorithm and observes the operation effect of the system in different working modes.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM615

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2253900