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三相光伏并网控制系统研究

周洪伟  
【摘要】: 随着全球能源危机和环境污染的日益严重,开发和利用清洁的可再生能源势在必行。太阳能是当前世界上最清洁、最具有大规模开发前景的可再生能源之一。太阳能的利用受到了世界各国的普遍关注,其中光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势,因此光伏并网发电技术成为了重要的研究方向。此外,随着高性能的数字信号处理芯片(DSP)的发展,使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器成为可能。 本文以单级式三相光伏并网发电系统为研究对象,深入分析其工作原理、拓扑结构并建立数学模型,针对光伏阵列的最大功率点跟踪方法、并网发电系统的控制策略等问题进行全面系统的研究。 首先,本文根据太阳能电池的电气特性以及光伏阵列在不同的光照强度和环境温度下的输出特性,分别对目前几种经典的定步长最大功率跟踪方法进行简要分析;由于单级式三相光伏并网发电系统中存在光照强度突然减弱而引起直流母线失压甚至崩溃的问题,采用变步长的扰动观察法解决该问题。本文采用基于SVPWM具有前馈补偿的同步矢量电流PI控制器对三相光伏并网系统公共点电流实现闭环控制,同时补偿电网谐波。控制系统为双环控制,外环为电压控制环,利用一个PI调节器使光伏阵列输出电压工作在最大功率点;内环为电流控制环,利用2个PI调节器分别对同步旋转坐标变换的d、q轴电流进行解耦控制。 其次,本文在充分研究近年来光伏发电领域重要成果的基础上,设计了一套10kW的三相光伏并网系统,对系统的拓扑结构、数字控制电路、主功率电路等进行了详细的设计,给出了设计要点和计算方法。按照设计方案,搭建了实验样机;为各种光伏三相并网控制算法提供了灵活可靠的硬件实验平台。 最后,本文在三相光伏并网系统样机上进行了实验,记录了实验波形,并给出分析。结果表明,本文的控制策略实现了预定的控制目标。


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