不可再生能源的日益緊缺和環(huán)境污染問題引發(fā)了新能源技術的廣泛研究與應用。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)濟效益被越來越多的國家大力推廣。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)中主要的能量來源通道,對系統(tǒng)中電能的數(shù)量與質(zhì)量起著關鍵的作用;儲能雙向DC-DC變換器作為儲能裝置與直流母線的接口,是微網(wǎng)系統(tǒng)能量的儲存與補充通道。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價值和實用意義。模型預測控制技術(MPC)因具有優(yōu)越的處理約束條件的能力而受到越來越多關注。因此本文結合模型預測控制技術,研究了前端升壓直流變換器與儲能雙向直流變換器集成的DC-DC變換器結構及其控制。本文的研究內(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建其數(shù)學模型。首先,研究了前端升壓直流變換器與儲能雙向直流變換器在光伏微網(wǎng)中連接方式,并采用不對稱Boost集成移相全橋三端口DC-DC變換器將二者進行集成;然后,分析其工作原理;最后,根據(jù)其拓撲結構的特點進行數(shù)學建模,為研究最大功率跟蹤(MPPT)和均流(Current-sharing)技術奠定基礎。(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,對其建立四參數(shù)數(shù)學模型,并建立仿真模型;然后通過分析比較幾種常用的MPPT方法的優(yōu)缺點,提出采用變步長擾動觀察法(VS-PO)以彌補傳統(tǒng)方法的不足,并對該方法進行仿真驗證。(3)研究了模型預測最大功率跟蹤控制方法(MPC-MPPT)。首先,介紹模型預測控制(MPC)的基本原理,并建立三端口DC-DC變換器MPC-MPPT的預測模型;然后研究一步預測及兩步預測的MPC-MPPT算法;最后對MPC-MPPT進行仿真驗證,仿真結果表明MPC-MPPT比傳統(tǒng)MPPT算法有更好的動態(tài)性能。(4)研究了模型預測均流控制方法(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)法解決問題;然后,并建立三端口DC-DC變換器模型預測下垂控制(MPC-Droop)預測模型,設計MPC-Droop控制方案,通過仿真驗證了MPC-Droop方法的有效性。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

根據(jù)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中是否有用以儲存剩余能量的儲能裝置，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，沒有增加儲能裝置的并網(wǎng)型系統(tǒng)稱為不可調(diào)度式并網(wǎng)型統(tǒng)，因為沒有用以儲存電能的裝置，逆變器必須直接將光伏陣列發(fā)逆變器轉換成滿足電壓、頻率等標準的交流電回饋給大電網(wǎng)。若電�；蚬庹詹怀渥銜r，逆變器則停止運行。由于不帶儲能系統(tǒng)，從而的系統(tǒng)發(fā)電成本相對較低，但是容易受天氣影響。加入了儲能剩余并網(wǎng)系統(tǒng)稱為可調(diào)度式的并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)�？烧{(diào)度式系統(tǒng)工作先將光伏電池板轉化的電能存儲在儲能電池中，然后系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)發(fā)電量是否滿足負載需求，判斷是否將儲能電池中存儲的電能饋送調(diào)度式并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)因為有儲能裝置起到能量緩沖的作用，所以能和大電網(wǎng)電能能夠互相補充。當光伏發(fā)電量充足的時候，可以將反饋到電網(wǎng)，當光伏發(fā)電量不夠充足時大電網(wǎng)也能補充缺少的部分個系統(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)結構圖如圖 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 變換器拓撲直流變換器的功能是對輸入的直流電進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，它的主要作用是對光伏電池板輸出電能進行變換，使輸出的電壓電流能夠滿足直流并網(wǎng)的需求，同時也調(diào)節(jié)輸入電壓電流使輸入到變換器的功率達到最大，即最大功率點。在不同的光照強度和溫度環(huán)境下通過調(diào)節(jié)直流變換器的開關器件調(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，達到最大，同時提供合適的輸出電壓電流，因此設計一種性能良好的直流變換器是非常重要的。從光伏的實際應用角度出發(fā)，為了合理的利用太陽能，光伏陣列的功率等級一般都比較高。而傳統(tǒng)的單一電路拓撲的直流變換器功率等級有限，難以與光伏陣列的功率等級相匹配。（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，起儲存能量和濾波電容，起儲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 分別為一個開關間。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 電路以結構簡單、元器件少，分析建模和控制較容
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本文編號：2850018