光伏并网控制系统研究

在能源枯竭与环境污染日益严重的今天，太阳能的开发和利用得到全世界的关注。光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，具有广泛的应用前景和研究意义。论文以光伏并网发电系统为研究对象，对其控制技术进行了深入的研究。 论文的主要内容及工作如下： 1.介绍了光伏电池的原理和工作特性，分析了两级光伏并网发电系统最大功率跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）原理。在分析常见的MPPT算法的基础上，采用一种改进的变步长电导调制MPPT算法，通过仿真验证了该算法的可行性。 2.根据三相并网变换器的电路结构，导出三相并网变换器的数学模型，分析了按电网电压定向的矢量控制方法。根据瞬时功率理论，推导了三相电压型并网变换器瞬时功率模型，分析了瞬时功率对功率变化率的交叉耦合影响，提出了一种抑制功率交叉耦合影响的三相并网变换器直接功率控制方法。对这两种控制方法分别进行了仿真和实验研究。研究结果表明，矢量控制较直接功率控制拥有更好的稳态性能，直接功率控制较矢量控制拥有更好的动态性能。 3.模型预测控制利用三相并网变换器有限开关状态的特点，采用并网电流的有功分量和无功分量作为目标变量构建价值函数，通过对目标在线预测，选择最优的开关状态，直接输出触发脉冲。与矢量控制相比具有控制结构简单、无需额外调制技术的特点。对其进行了仿真和实验研究，结果表明，模型预测控制有很好的动态性能，但其输出电流谐波含量较大。 4.针对单相并网变换器，通过二阶积分器构造与电网电压、并网电流正交的虚拟电压、电流分量来形成坐标系下的虚拟两相系统，在此基础上对其采用矢量控制方法。在虚拟两相系统的基础上，根据瞬时功率理论和预测方法推导了两相系统在dq旋转坐标系下的功率预测模型，提出一种功率预测控制方法。对两种控制方法进行了仿真和实验研究。研究结果表明，两种控制方法都能实现单位功率因数并网和无功补偿，矢量控制与功率预测控制的稳态性能接近，功率预测控制拥有较好的动态性能。 5.在分析电网电压不平衡的基础上，对三相并网变换器采用消除有功功率2倍工频波动的控制方法，在不平衡电网电压情况下对其进行了仿真研究。研究结果表明，该方法可以有效的抑制有功功率的2倍工频波动，改善并网系统在电网电压不平衡情况下的稳态性能。 6.在根据要求对系统进行硬件和软件设计的基础上，搭建了基于英飞凌公司XC2785微控制器的实验平台，对系统进行调试，实现了三相、单相光伏并网发电的相关实验。