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太阳能是当前世界上最清洁、最现实、最具有大规模开发前景的可再生能源之一。太阳能光伏发电作为可再生能源的重要组成部分在未来将成为能源供应的重要组成部分。加速开发利用以太阳能为主体的可再生能源已成为人们的共识。其中光伏并网发电是大规模利用太阳能的重要形式,也是光伏发电的发展方向。但光伏并网系统的低效率、低稳定性,仍然是制约光伏并网应用的一个主要因素。因此国内外众多学者致力于有关提高光伏并网系统效率和稳定性的研究。
光伏电池的电气特性曲线具有强非线性特征,存在唯一的功率极值点(最大功率点),并且受环境条件(主要是入射光强和环境温度)影响较大。为了更好地发挥光伏阵列的工作效率,在外部环境发生变化时,对光伏阵列进行合理控制,可提高光伏阵列的输出功率。一般采用直流变换器改变光伏阵列的工作点,本文采用了三重Boost电路,该电路具有转换效率高、容量大、可靠性高和纹波低的优点。针对光伏电池电气特性曲线的非线性特点,本文采用了基于玻尔兹曼函数的自适应最大功率点跟踪算法,来实现光伏阵列最大功率点的快速搜索。通过仿真和实验,证明了基于三重Boost电路和玻尔兹曼函数自适应算法的光伏最大功率点跟踪系统是可行的。
最大功率点跟踪系统的电能输出为直流电,逆变成交流电才能并入电网。并网系统采用了三相桥式逆变器,该逆变器具有容量大、稳态输出电能无脉动的优点,本系统逆变器采用电压源电流控制方式,这种控制方式具有动态特性好、并网无环流的优点。电流环是并网的关键,它的稳定性十分重要。为了提高电流环的稳定性,本文基于dq坐标采用无源性来实现对电流的控制。由于光伏阵列受环境影响大,直流侧电压不是严格的电压源,会有波动,必须对直流侧电压进行控制,所以本文并网系统采用了双闭环(内环为基于无源性及dq坐标的电流控制,外环为传统PI电压控制)的并网控制策略。通过仿真和实验,证明了该并网系统是可行的。
本课题在对光伏电池、电力电子技术和控制技术深入研究基础上,提出了基于无源性及dq坐标的并网电流控制策略,实现了一个两级式(最大功率点跟踪、并网两级)三相光伏并网控制系统。