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基于虚拟同步发电机技术的光伏发电系统控制研究

刘茵伟  
【摘要】:随着社会经济文化的快速发展,人类正大量消耗着化石能源,煤、石油、天然气等不可再生能源即将耗尽。能源危机以及生态环境的污染等问题日益突出,使得变更能源的消费结构,推动可再生能源的开发和利用已经逐步发展为全球各国政府的共识。因此新能源的发展迫在眉睫。在国家大力倡导发展新能源的大背景下,太阳能凭借其可再生、无污染和储量大等特点,使得世界各国兴起了发展太阳能光伏发电的浪潮。逆变器作为光伏发电系统中的重要组成部分之一,伴随着光伏发电技术的不断发展,对其控制算法的研究将对整个光伏发电技术的应用产生非常重要的实际意义。本文首先介绍了太阳能光伏发电的背景、国内外的发展现状以及虚拟同步发电机技术的发展情况,然后对光伏电池的数学模型展开了分析,在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型,并对仿真模型的正确性进行了有效的验证。然后对前级的Boost升压电路工作原理以及三相全桥式逆变电路的工作原理进行了详细的介绍,并简单介绍分析了几种常见的最大功率点跟踪的控制方法,对其优缺点进行了分析比较,而后搭建了MPPT的仿真模型。本文介绍的重点内容是在传统下垂控制原理的基础上,对电压控制型逆变电路的光伏发电系统进行深入的分析与研究。系统正常运行情况下,逆变器输出的电压、电流波形中存在有谐波的影响,以及在刚并网时刻,系统由于冲击电流的影响,输出的有功功率存在一个短暂的突升等问题。随后提出了一种新型的基于扰动观测器的改进下垂控制方法。通过对改进后的控制策略进行数学模型的推导,在Matlab/Simulink中建立了仿真模型,并对仿真模型的正确性进行了有效验证。最后搭建了基于MC56F8346DSP主控制器的系统硬件平台,对光伏发电系统进行了离网负载实验和并网实验的验证,内容包括系统主电路和控制电路的硬件参数设计,主程序和中断子程序流程图等软件设计。随后通过实验波形得到了验证。


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