本文關(guān)鍵詞：開關(guān)電感型準Z源并網(wǎng)系統(tǒng)建模與控制的研究

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【摘要】：隨著傳統(tǒng)化石能源的逐漸枯竭,環(huán)境保護的要求越來越高以及新能源價格的逐步降低,新能源取代傳統(tǒng)化石能源成為能源利用領(lǐng)域的大趨勢。太陽能中的光伏發(fā)電作為一種受地域影響較小,使用較為便捷的新能源利用形式,正受到國內(nèi)外學者受到越來越多的關(guān)注。本課題研究了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的開關(guān)電感準Z源拓撲,詳細闡述了該拓撲的動態(tài)模型和控制原理,設(shè)計了具有各項主要功能的開關(guān)電感型準Z源光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置。第一章闡述了光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的研究意義和發(fā)展狀況。全面介紹了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)：MPPT技術(shù)、有功無功解耦的并網(wǎng)技術(shù)、反孤島技術(shù)等。分析并概括了光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的四種拓撲結(jié)構(gòu),闡述了課題中開關(guān)電感型準Z源拓撲的發(fā)展歷程。最后概括了本課題的研究工作。第二章研究開關(guān)電感型逆變器的拓撲結(jié)構(gòu),闡述了三種拓撲的工作原理,繼而對相關(guān)參數(shù)和指標進行比較：①在相同直通比D下對升壓因子G進行比較,推導出其中一種拓撲在升壓能力上具有優(yōu)勢。②比較了三種拓撲在相同升壓因子G下電容的電壓應(yīng)力和電感的電流應(yīng)力,結(jié)論是三種拓撲各有優(yōu)劣仿。最后通過仿真和實驗驗證了上述結(jié)論。第三章對開關(guān)電感型準Z源拓撲進行交流小信號建模。使用狀態(tài)空間平均法(SSA)得到了系統(tǒng)的信號流圖,根據(jù)信號流圖推導出了小信號傳遞函數(shù)Cvd(s)和Cvi(s),對主要的傳遞函數(shù)使用零極點圖進行了動態(tài)特性分析,通過仿真和實驗證明了分析結(jié)果的準確性。傳遞函數(shù)的分析結(jié)果是Gvd(s)有右半平面零點而Gvi(s)沒有,動態(tài)性能受無源器件參數(shù)影響較大。據(jù)此確定了系統(tǒng)的直流側(cè)電壓控制方案以及無源器件的選擇方案。第四章對樣機和實驗裝置的各種控制方案進行了研究。首先建立了光伏陣列的工程模型并進行了仿真驗證,根據(jù)模型特點分析了系統(tǒng)的最大功率點跟蹤算法。研究了在本課題的實驗裝置中實現(xiàn)MPPT跟蹤的具體方案(兩種控制方案中二選一)。研究了基于電網(wǎng)電壓矢量的并網(wǎng)電流控制策略。提出了使用PCC點電壓進行正反饋的主動式反孤島控制策略。最后探索了新型的平坦系統(tǒng)控制方案。第五章對裝置構(gòu)建的全過程進行了敘述。首先根據(jù)并網(wǎng)的要求提出了系統(tǒng)的整體技術(shù)方案。之后根據(jù)技術(shù)指標要求對各個功率器件進行了參數(shù)和型號的選擇。給出了實驗裝置的測控電路設(shè)計過程和軟件程序的設(shè)計結(jié)果。最后敘述了裝置開發(fā)過程中各個階段的方案和實驗結(jié)果。第六章進行了總結(jié)和展望,概述了本課題已經(jīng)取得的理論和工程成果以及有待進一步研究的科研內(nèi)容。
【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng) 開關(guān)電感型準Z源 小信號模型 孤島檢測 MPPT
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 緒論8-15
• 1.1 課題研究背景8-9
• 1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)9-11
• 1.3 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)11-12
• 1.4 新型的開關(guān)電感型準Z源光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)12-14
• 1.4.1 Z源和準Z源逆變器12-13
• 1.4.2 開關(guān)電感型準Z源逆變器13-14
• 1.5 本文的主要工作14-15
• 第二章 拓撲結(jié)構(gòu)15-27
• 2.1 各類開關(guān)電感準Z源逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)15-19
• 2.1.1 開關(guān)電感Ⅰ型準Z源拓撲結(jié)構(gòu)15-17
• 2.1.2 開關(guān)電感Ⅱ型和Ⅲ型準Z源拓撲結(jié)構(gòu)17-19
• 2.2 三類開關(guān)電感準Z源拓撲的比較分析19-26
• 2.2.1 升壓能力比較19-22
• 2.2.2 功率器件的電流電壓應(yīng)力比較22-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 開關(guān)電感型準Z源系統(tǒng)建模27-41
• 3.1 開關(guān)電感型準Z源逆變器的交流小信號建模過程27-34
• 3.1.1 開關(guān)電感準Z源阻抗網(wǎng)絡(luò)信號流圖的推導過程27-29
• 3.1.2 d到V_(CI)的傳遞函數(shù)G_(vd)(s)的推導過程29-31
• 3.1.3 傳遞函數(shù)G_(vd)(s)的數(shù)學模型分析31-32
• 3.1.4 i_0到V_(CI)的傳遞函數(shù)G_(id)(s)的推導過程32-33
• 3.1.5 傳遞函數(shù)G_(id)(s)的數(shù)學模型分析33-34
• 3.2 建模結(jié)果的仿真驗證34-37
• 3.2.1 傳遞函數(shù)G_(vd)(s)建模結(jié)果驗證35-36
• 3.2.2 傳遞函數(shù)G_(vi)(s)建模結(jié)果驗證36-37
• 3.3 參數(shù)優(yōu)化設(shè)計37-39
• 3.4 實驗驗證39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第四章 系統(tǒng)的控制原理41-61
• 4.1 太陽能電池的基本原理和電路特性41-42
• 4.1.1 太陽能電池基本原理41
• 4.1.2 光伏陣列的Ⅰ-Ⅴ特性曲線41-42
• 4.2 光伏陣列的工程特性和建模42-45
• 4.2.1 光伏陣列Ⅰ-Ⅴ特性分析和MPPT問題42-43
• 4.2.2 光伏陣列的工程模型43-44
• 4.2.3 光伏陣列的工程模型的仿真實現(xiàn)44-45
• 4.3 光伏陣列的MPPT算法45-47
• 4.3.1 恒電壓跟蹤法46
• 4.3.2 電導增量法46-47
• 4.3.3 擾動觀察法47
• 4.4 開關(guān)電感型準Z源光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的MPPT實現(xiàn)方案47-49
• 4.5 開關(guān)電感型準Z源系統(tǒng)的并網(wǎng)控制策略49-51
• 4.5.1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)學模型49-50
• 4.5.2 基于dq坐標系下的電流解耦控制50-51
• 4.6 開關(guān)電感型準Z源系統(tǒng)的反孤島控制策略51-57
• 4.6.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的反孤島方案52-55
• 4.6.2 基于電壓正反饋的主動式孤島檢測方案55-57
• 4.7 一種新型的平坦系統(tǒng)控制策略介紹57-59
• 4.8 本章小結(jié)59-61
• 第五章 系統(tǒng)硬件平臺搭建及實驗結(jié)果61-81
• 5.1 系統(tǒng)整體技術(shù)方案61-62
• 5.1.1 系統(tǒng)整體功能61-62
• 5.1.2 并網(wǎng)技術(shù)指標62
• 5.2 主回路功率器件的設(shè)計及質(zhì)量要求62-67
• 5.2.1 開關(guān)電感準Z源電容和電感參數(shù)的選取63-64
• 5.2.2 開關(guān)電感準Z源逆變器全橋IGBT的選取64-65
• 5.2.3 開關(guān)電感準Z源網(wǎng)絡(luò)二極管的選取65-66
• 5.2.4 交流側(cè)濾波電感的選取66
• 5.2.5 隔離變壓器選擇66-67
• 5.3 測量與控制電路設(shè)計67-71
• 5.3.1 電壓采集和調(diào)理電路68
• 5.3.2 電流采集和調(diào)理電路68-69
• 5.3.3 過壓過流保護電路69-71
• 5.4 系統(tǒng)軟件及程序設(shè)計71-73
• 5.4.1 主程序72-73
• 5.4.2 PWM中斷程序73
• 5.4.3 故障中斷子程序73
• 5.5 課題各階段實驗分析73-80
• 5.5.1 開關(guān)電感準Z源不帶MPPT功能并網(wǎng)實驗74-75
• 5.5.2 開關(guān)電感準Z源帶MPPT功能離網(wǎng)實驗75-77
• 5.5.3 開關(guān)電感準Z源帶MPPT功能并網(wǎng)實驗77-78
• 5.5.4 開關(guān)電感型準Z源帶MPPT和孤島功能并網(wǎng)實驗78-80
• 5.6 本章小結(jié)80-81
• 第六章 總結(jié)與展望81-83
• 6.1 總結(jié)81-82
• 6.2 展望82-83
• 致謝83-84
• 參考文獻84-86
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及項目情況86

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