基于IGBT逆变器的光伏并网系统的建模与仿真研究

论文摘要

随着人们对能源的需求不断增长,加上原始的一次能源可用量越来越少,人们迫切需要寻找新能源来促进社会稳定的发展和不断进步。太阳能以其含量丰富、取之不尽、最清洁、最现实、最有可能大规模开采利用等优点受到了世界各国的关注,必将成为下一代可再生能源的首选。而太阳能光伏并网发电作为最重要的太阳能利用方式,必将得到了较多的研究。本文根据太阳能光伏并网发电系统的框架,依次研究了太阳能光伏电池、最大功率点跟踪(MPPT)技术和逆变技术,建立起它们的数学模型,最后使用MATLAB仿真工具,搭建仿真模型实验。1.太阳能光伏电池是一种比较特殊的储能器件,它不是普通的恒流源(电流大小在工作中有变化),也不是一般的恒压源(在工作中电压也有变化),而是一种非线性的直流电源,它的输出伴随着太阳的光照强度、负载的大小等因素的变化而实时变化。本文详细分析了太阳能光伏电池的物理和电路特性,并建立其数学模型和仿真模型,为后续环节的研究提供理论基础和模型参考。2.最大功率点跟踪技术(MPPT)在太阳能光伏并网发电系统中占据着重要的地位,太阳能光伏电池是否工作在最大功率点处,直接会影响到太阳能的转换效率。因此,本文着重讨论了该技术,提出了改进的并网系统中的最大功率点跟踪方法,阐述了它的工作流程,建立仿真模型,实验验证了它有效克服了传统最大功率点跟踪方法的震荡问题、跟踪速度慢和不能防干扰等缺点。3.将太阳能产生的直流电转化成普通电网工作的交流电的逆变技术是太阳能光伏并网系统中的核心,本文结合DSP的优点,重点分析了利用DSP自带的事件管理器产生SVPWM波形去控制IGBT的开通,以实现逆变技术。本文首先建立SVPWM的控制方法的数学模型,再结合内外双环控制方法建立了并网逆变系统的仿真模型,通过仿真,验证系统的可行性,为以后的硬件设计和样机的搭建提供较可靠的理论基础和模型。

论文目录

• 论文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 光伏并网发电系统概述
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 太阳能电池的特性分析与最大功率点跟踪算法的研究
• 2.1 太阳能电池的特性分析与数学模型
• 2.1.1 太阳能电池的基本原理
• 2.1.2 太阳能电池的等效电路及数学模型
• 2.1.3 太阳能电池组件
• 2.2 太阳能电池的I-V输出特性
• 2.3 影响太阳能电池组件输出特性的主要因素
• 2.4 最大功率点跟踪算法的研究
• 2.4.1 最大功率点跟踪方法的原理
• 2.4.2 最大功率点跟踪方法的比较
• 2.4.3 最大功率点跟踪控制方法的设计
• 2.5 小结
• 第三章 基于IGBT逆变器的控制算法的研究
• 3.1 绝缘栅双极型三极管（IGBT）简介
• 3.1.1 IGBT的特性
• 3.1.3 IGBT的擎住效应
• 3.2 并网逆变器控制技术
• 3.2.1 并网逆变器的拓扑分类
• 3.2.2 并网逆变器的输出电流控制方案
• 3.3 基于SVPWM的太阳能光伏并网控制方法的研究
• 3.3.1 矢量控制中的坐标变换
• 3.3.2 并网逆变器空间电压矢量的定义
• 3.3.3 SVPWM扇区判断的数学模型
• 3.3.4 合成矢量的作用时间
• 3.3.5 合成矢量作用时间的切换点
• 3.4 并网逆变器控制系统
• 3.5 小结
• 第四章 太阳能并网发电系统的建模
• 4.1 太阳能光伏电池最大功率点跟踪技术的建模
• 4.1.1 太阳能光伏电池的建模
• 4.1.2 太阳能光伏电池最大功率点跟踪的仿真建模
• 4.2 SVPWM控制方法的建模
• 4.2.1 SVPWM扇区判断的仿真建模
• 4.2.2 合成矢量作用时间的建模
• 4.2.3 合成矢量作用时间切换点的建模
• 4.2.4 SVPWM控制方法的建模
• 4.3 并网逆变系统的建模
• 4.4 小结
• 第五章 仿真实验结果与分析
• 5.1 太阳能光伏电池最大功率点跟踪的仿真结果
• 5.2 SVPWM控制算法的仿真结果
• 5.3 并网逆变系统的仿真结果
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢