光伏与市电并联直流供电系统的能量变换关键技术研究

发布时间：2019-09-07 15:23

【摘要】：为应对日益严重的环境污染和资源紧缺等问题,光伏能源作为一种资源庞大的可再生清洁能源正在被不断的开发和利用。随着分布式光伏发电和光伏建筑一体化的发展,光伏直流供电系统将得到广泛的使用。本文主要以光伏直流供电系统为研究对象,对光电互补并联供电系统作了全面的理论分析和研究。针对系统的拓扑结构、能量管理控制策略、主电路参数以及控制环路等进行了详细的研究和设计,主要内容有:1.通过分析光伏发电系统的不同电路拓扑结构及各自的应用场合,最终选定移相内高频全桥作为光伏能量变换器,用于实现光伏最大功率点跟踪或者输出电压稳定,并对移相全桥电路进行了小信号建模、原理性分析和设计。为保证负载能量的稳定性,引入了市电做后备电源,考虑到市电的功率因数和能量是否可逆等问题,选取PWM整流器作为光伏补偿能量变换器。2.对系统的能量进行管理,就是通过设计可行的系统控制策略,实现光伏阵列总是以最大功率输出,同时为直流负载提供稳定能量。供电系统是由两个子系统构成的两级系统,通过对子系统的分析和研究,结合系统控制的核心,即最大功率点跟踪和稳压,提出了两种可行的控制策略,并为此进行了能量解耦的设计。3.主电路参数的选择对系统能否正常工作,以及市电的功率因数高低起着重要作用,为此进行了参数的研究和设计。滤波器设计的是否合理将会影响到整个系统的稳定性,因此分析了直流侧和交流侧滤波器的设计思想和过程。为实现负载的快速稳压,在电压外环提出了模糊PID控制,用于增加系统的快速性和鲁棒性。还研究了数字控制器在系统控制中的应用以及如何实现控制目标。4.根据文中所提的能量控制策略,利用Simulink软件对系统建立了相应的仿真模型,并进行了仿真。针对4kW供能系统的技术参数,采用DSP芯片TMS320F2812作为控制芯片,搭建了试验平台,进行了相关实验验证。
【图文】：

波特图,波特图,开环,相对稳定性

可以得到系统没有补偿前的开环传递函数波特图，如图 3 9 所示，从图3 9 中可以看出，系统在穿越频率附近相位裕量近似为零，所以相对稳定性很差，为增大系统的相对稳定性，需对系统进行补偿，选用 PI 进行参数调节。 PI 有两种表达形式：sipKK 及TsTsipiK ( 1) 为了便于参数的调试，选用后一种形式作为补偿设定[38]，因为后者实现了“实际增益的分离”，即积分系数iK 从系统中分离出来，iT 是一个在 0~1 之间的系数，piK / T是系统的真正增益。而前者的两个耦合参数pK 和iK 都对系统总体增益产生作用，调试起来比较麻烦。

波特图,波特图,开环,相对稳定性

可以得到系统没有补偿前的开环传递函数波特图，如图 3 9 所示，从图3 9 中可以看出，系统在穿越频率附近相位裕量近似为零，所以相对稳定性很差，为增大系统的相对稳定性，需对系统进行补偿，选用 PI 进行参数调节。 PI 有两种表达形式：sipKK 及TsTsipiK ( 1) 为了便于参数的调试，选用后一种形式作为补偿设定[38]，因为后者实现了“实际增益的分离”，即积分系数iK 从系统中分离出来，iT 是一个在 0~1 之间的系数，，piK / T是系统的真正增益。而前者的两个耦合参数pK 和iK 都对系统总体增益产生作用，调试起来比较麻烦。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615;TM721.1

【参考文献】