不可再生能源的日益緊缺和環(huán)境污染問(wèn)題引發(fā)了新能源技術(shù)的廣泛研究與應(yīng)用。光伏直流微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)因其顯著的環(huán)保、能源和經(jīng)濟(jì)效益被越來(lái)越多的國(guó)家大力推廣。光伏微網(wǎng)系統(tǒng)中,前端單向升壓DC-DC變換器作為光伏陣列與直流母線的接口電路,是微網(wǎng)系統(tǒng)中主要的能量來(lái)源通道,對(duì)系統(tǒng)中電能的數(shù)量與質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用;儲(chǔ)能雙向DC-DC變換器作為儲(chǔ)能裝置與直流母線的接口,是微網(wǎng)系統(tǒng)能量的儲(chǔ)存與補(bǔ)充通道。因此光伏微網(wǎng)的DC-DC變換器及其控制的研究具有非常重要的研究?jī)r(jià)值和實(shí)用意義。模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)(MPC)因具有優(yōu)越的處理約束條件的能力而受到越來(lái)越多關(guān)注。因此本文結(jié)合模型預(yù)測(cè)控制技術(shù),研究了前端升壓直流變換器與儲(chǔ)能雙向直流變換器集成的DC-DC變換器結(jié)構(gòu)及其控制。本文的研究?jī)?nèi)容主要包括以下方面:(1)研究了一種三端口集成DC-DC變換器的工作原理并構(gòu)建其數(shù)學(xué)模型。首先,研究了前端升壓直流變換器與儲(chǔ)能雙向直流變換器在光伏微網(wǎng)中連接方式,并采用不對(duì)稱Boost集成移相全橋三端口DC-DC變換器將二者進(jìn)行集成;然后,分析其工作原理;最后,根據(jù)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,為研究最大功率跟蹤(MPPT)和均流(Current-sharing)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。(2)建立了光伏電池的仿真模型并提出本文所采用的MPPT方法。首先,根據(jù)光伏電池的等效電路,對(duì)其建立四參數(shù)數(shù)學(xué)模型,并建立仿真模型;然后通過(guò)分析比較幾種常用的MPPT方法的優(yōu)缺點(diǎn),提出采用變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法(VS-PO)以彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足,并對(duì)該方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。(3)研究了模型預(yù)測(cè)最大功率跟蹤控制方法(MPC-MPPT)。首先,介紹模型預(yù)測(cè)控制(MPC)的基本原理,并建立三端口DC-DC變換器MPC-MPPT的預(yù)測(cè)模型;然后研究一步預(yù)測(cè)及兩步預(yù)測(cè)的MPC-MPPT算法;最后對(duì)MPC-MPPT進(jìn)行仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明MPC-MPPT比傳統(tǒng)MPPT算法有更好的動(dòng)態(tài)性能。(4)研究了模型預(yù)測(cè)均流控制方法(MPC-current-sharing)。首先,分析DC-DC變換器并聯(lián)系統(tǒng)中產(chǎn)生環(huán)流的原因,提出采用下垂(Droop)法解決問(wèn)題;然后,并建立三端口DC-DC變換器模型預(yù)測(cè)下垂控制(MPC-Droop)預(yù)測(cè)模型,設(shè)計(jì)MPC-Droop控制方案,通過(guò)仿真驗(yàn)證了MPC-Droop方法的有效性。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

根據(jù)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中是否有用以儲(chǔ)存剩余能量的儲(chǔ)能裝置，并統(tǒng)可以劃分為可調(diào)度式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和不可調(diào)度式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)兩型[6]。其中，沒(méi)有增加儲(chǔ)能裝置的并網(wǎng)型系統(tǒng)稱為不可調(diào)度式并網(wǎng)型統(tǒng)，因?yàn)闆](méi)有用以儲(chǔ)存電能的裝置，逆變器必須直接將光伏陣列發(fā)逆變器轉(zhuǎn)換成滿足電壓、頻率等標(biāo)準(zhǔn)的交流電回饋給大電網(wǎng)。若電�；蚬庹詹怀渥銜r(shí)，逆變器則停止運(yùn)行。由于不帶儲(chǔ)能系統(tǒng)，從而的系統(tǒng)發(fā)電成本相對(duì)較低，但是容易受天氣影響。加入了儲(chǔ)能剩余并網(wǎng)系統(tǒng)稱為可調(diào)度式的并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。可調(diào)度式系統(tǒng)工作先將光伏電池板轉(zhuǎn)化的電能存儲(chǔ)在儲(chǔ)能電池中，然后系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)發(fā)電量是否滿足負(fù)載需求，判斷是否將儲(chǔ)能電池中存儲(chǔ)的電能饋送調(diào)度式并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)因?yàn)橛袃?chǔ)能裝置起到能量緩沖的作用，所以能和大電網(wǎng)電能能夠互相補(bǔ)充。當(dāng)光伏發(fā)電量充足的時(shí)候，可以將反饋到電網(wǎng)，當(dāng)光伏發(fā)電量不夠充足時(shí)大電網(wǎng)也能補(bǔ)充缺少的部分個(gè)系統(tǒng)的能量供給平衡[7]。本文研究的背景是分布式光伏直流微電網(wǎng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1- 1 所示，該系統(tǒng)屬于并網(wǎng)型可調(diào)度式系統(tǒng)。

（a）集中式變換方式 （b）分布式式變換方式圖 1- 2 變換器與光伏板配置方式1.2.2 DC-DC 變換器拓?fù)渲绷髯儞Q器的功能是對(duì)輸入的直流電進(jìn)行電壓升降或電流增大減小，在不考慮損耗的情況下輸入輸出功率相等。本文研究的光伏發(fā)電系統(tǒng)中的前端升壓直流變換器，它的主要作用是對(duì)光伏電池板輸出電能進(jìn)行變換，使輸出的電壓電流能夠滿足直流并網(wǎng)的需求，同時(shí)也調(diào)節(jié)輸入電壓電流使輸入到變換器的功率達(dá)到最大，即最大功率點(diǎn)。在不同的光照強(qiáng)度和溫度環(huán)境下通過(guò)調(diào)節(jié)直流變換器的開(kāi)關(guān)器件調(diào)節(jié)直流變換器的輸入電壓和電流，使變換器輸入功率，即光伏電池輸出功率，達(dá)到最大，同時(shí)提供合適的輸出電壓電流，因此設(shè)計(jì)一種性能良好的直流變換器是非常重要的。從光伏的實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，為了合理的利用太陽(yáng)能，光伏陣列的功率等級(jí)一般都比較高。而傳統(tǒng)的單一電路拓?fù)涞闹绷髯儞Q器功率等級(jí)有限，難以與光伏陣列的功率等級(jí)相匹配。（1）Buck 型電路

圖 1- 3 Buck 變換器ost 變換電路電路即升壓斬波電路。原理如圖 1- 4 所示，其中 T MOSFET 或 IGBT；L 為濾波電感，起儲(chǔ)存能量和濾波電容，起儲(chǔ)存能量和濾除電壓紋波的作用；R 代表流的作用。分析其工作原理很容易得知，它的輸出： ( )/o on off off iU = t + t t U，ont 、offt 分別為一個(gè)開(kāi)關(guān)間。這種電路符合光伏前端直流變換器的升壓需求較常用的選擇[10]。圖 1- 4 Boost 變換電路st 電路以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元器件少，分析建模和控制較容
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本文編號(hào)：2850018