隔离型准Z源光伏逆变器MPPT控制研究

发布时间：2020-07-14 17:45

【摘要】：随着传统化石能源的利用,环境污染加剧,资源宣告枯竭,能源革命正不可避免的席卷全球。太阳能储量巨大,清洁无污染,将成为未来能源结构的重要组成部分。由于局部阴影下光伏阵列存在的多峰特性,传统MPPT(Maximum Power Point Tracking)算法失效,无法跟踪到真正的最大功率点,使系统遭受严重的功率损失,所以研究局部阴影下的最大功率跟踪技术是提高太阳能利用效率的核心问题。传统的逆变器存在单一升/降压、灵活性差、可靠性差、抗电磁干扰能力差的缺点。为了克服传统逆变器的缺点,本文采用隔离型准Z源光伏并网逆变器。本文以隔离型准Z源逆变器为研究对象,对局部阴影下的最大功率跟踪技术、拓扑结构、控制策略、仿真模型、硬件设计等几个方面进行了深入的研究,具体内容如下:本文首先分析光伏发电和最大功率跟踪技术的必要性及意义,引入了隔离型准Z源逆变器和局部阴影下的最大功率跟踪技术,并对该变换器和MPPT算法的研究现状做出简要的论述。然后分析并建立了光伏电池的三种数学模型,在此基础上,建立光伏阵列的数学模型,并分析不同局部阴影情况下的阵列的输出特性。接下来,首先分析均匀光照条件下的扰动观察法(PO)、电导增量法(INC)、自整定PID模糊控制法(FLC)和粒子群优化模糊控制法等单峰值MPPT算法,详细介绍其工作原理,并建立仿真模型,最后通过仿真结果讨论各种方法的优缺点。接下来本文分析传统的粒子群算法的局限性和不足,针对这一缺点,提出了改进粒子群(DPSO)和变步长扰动的复合MPPT算法,该算法适用于局部阴影条件下的全局寻优。在算法的第一阶段,针对传统粒子群算法的缺陷和不足,提出改进的休眠粒子群算法(DPSO),对算法结构、权重因子w、最大搜索速度V_(max)、粒子数目N_p、搜索顺序和环境重启条件进行设计和改进,系统快速找到最大功率点(GMPP)的大概位置,在第二阶段,利用改进的Fibonacci数列作为变步长扰动观察法步长改变的依据,准确快速地跟踪到最大功率点,并在最大功率点的左侧维持稳定功率输出。然后分析隔离型准Z源的工作原理,建立小信号模型和传递函数。采用稳定副边电容电压的直流链电压间接控制和并网电流的双闭环控制策略,分析设计PI和准PR控制器的各项参数。本次仿真采用的是SABER/MATLAB协同仿真环境,通过对比传统PSO算法、扰动观察法(PO)和DPSO复合MPPT算法,将系统在静态局部阴影环境下和动态局部阴影环境下进行最大功率跟踪的仿真验证。最后,在上述工作的基础上,研制一台300W的最大功率跟踪实验装置,对主电路的参数设计和选型、对控制电路进行设计、并对DSP软件系统进行设计,实验结果证明DPSO复合MPPT算法的正确性和优越性。
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM464
【图文】：

图 2.1 光伏电池单二极管等效电路 加准确地反应光伏电池的非线性特性[42]，其单二极管模型最大的不同是电路中多了一个为D1I和D2I两种暗电流。当电池的前向偏置主导地位；当前向偏置电压较小时，耗尽层，暗电流的等效方式不同。双二极管模型能其等效电路如图 2.2 所示： 图 2.2 光伏电池双二极管等效电路

图 2.1 光伏电池单二极管等效电路 加准确地反应光伏电池的非线性特性[42]，其单二极管模型最大的不同是电路中多了一个为D1I和D2I两种暗电流。当电池的前向偏置主导地位；当前向偏置电压较小时，耗尽层，暗电流的等效方式不同。双二极管模型能其等效电路如图 2.2 所示：

图 2.3 光伏阵列 I-U 和 P-U 特性曲线 的光伏电池模型 电池经常会发生局部被遮挡的阴影问题，这甚至会产生热斑的现象导致电池被损坏。为先要对局部阴影下的光伏阵列的输出特性进光伏电池的数学模型，如图 2.4 所示： 0 5 10 15 200123030流电I/A率功P/W电压U/V

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本文编号：2755288