基于改进型MPPT的并网型光伏逆变器系统研究

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随着世界化石能源的日渐枯竭,以及由于化石燃料的燃烧引起的环境污染,新兴清洁能源的开发和利用正越来越受到人类的重视,太阳能作为最具发展前景的能量来源,各国都在大力发展。其中,光伏发电技术作为太阳能开发的最重要的形式之一,具有结构简单、易于建设等优点,其技术得到了空前发展,本文以并网型光伏逆变器系统为主要研究对象,对系统的最大功率点跟踪(MPPT)控制提出了一种基于滑模变结构控制的改进型MPPT控制新方法。首先,本文对并网型光伏逆变系统的拓扑结构做了简要介绍,按其规模大小主要分为分布式与集中式两种,其系统结构主要由实现光电转化的光伏阵列、实现MPPT功能的升压斩波电路、实现电压逆变的逆变电路、实现谐波滤出的滤波电路组成。通过各级电路的有效耦合实现从太阳光到可并网工频电能的转变。然后,从太阳能电池的工作原理出发分析了太阳能电池的输出特性,建立起太阳能电池及其光伏阵列的数学模型,并通过Matlab/Simulink进行仿真,分析太阳能电池在外界光照强度和温度变化时以及光伏阵列在局部阴影情况下,其I-V、P-V输出特性曲线的变化。其次,本文选取单相两级无变压器式逆变电路作为研究对象,分别对前级BOOST电路、后级全桥逆变电路、末级LCL无源滤波电路的作用进行了分析,并以本文所要实现的目的进行电路元器件的参数设计,构建起可利用的光伏逆变器系统的拓扑电路。再次,要实现从光伏阵列功率输出到并网控制,需要选用合理的控制电路对光伏逆变器进行控制,本文选用传统控制电路,并结合前面部分的结论与计算,在Matlab/Simulink中建立起整个并网光伏逆变器系统的仿真电路,为后面分析不同MPPT控制算法的优劣打下基础。最后,由于MPPT控制在光伏发电系统中的决定性作用,文章重点讲述了MPPT控制策略,首先通过对传统的MPPT控制策略(恒定电压法、扰动观察法、电导增量法)在Matlab/Simulink中进行的仿真,对其仿真波形进行对比分析,指出传统MPPT控制方法存在的问题。并针对传统MPPT控制方法存在的问题,提出了一种基于滑模变结构控制的改进型MPPT控制方法,使之相较于传统控制方法不仅能适用于光照均匀的情况且具有更好的跟踪精度、速度和稳定性,同时也能应用于局部阴影的情况下。
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