基于无源综合控制的独立光伏发电系统仿真研究

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1、浙江工业大学硕士学位论文基于无源综合控制的独立光伏发电系统仿真研究作者姓名：指导教师：诸波胥芳教授浙江工业大学机械工程学院2014年4月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster㈣必SIMULArI’IONSTUDYONSTAND．ALoNEPHoToVoLTAICGENER』姐IoNSYSTEMBASEDONPASSⅣEHYBIUDCoNTROLCandidate：ZhuBoAdvisor：ProfessorXuFangCollegeofMechanical

2、EngineeringZhejiangUniversityofTechnologyApr2014浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中己经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：芮滤日期：&砰忙F歹月?i目学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，

3、同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书。2．不保密影(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：导师签名：日期：aD／绎万月二6日日期：训p年j’月76日浙江工业大学硕士学位论文基于无源综合控制的独立光伏发电系统仿真研究摘要日益严重的环境问题和能源危机，对于利用可再生清洁能源显得尤为重要。其中，利用太阳能发电的光伏技术因其太阳能的普遍性、无限性和

4、传输电能的方便性等优势受到广泛应用。独立光伏发电系统对于偏远地区户用电源与无人照看设备的能源供给有重要的推广应用价值。为了光伏发电单元输出功率的最大化，同时兼顾储能单元充放电过程的约束，保持直流母线电压的恒定，需要建立有效的总体控制策略。对于含有DC／DC变换器的独立光伏发电系统，总体控制策略最终通过底层的DC／DC控制器调节DC／DC变换器完成电力交换来实现。针对DC／DC变换器属于本质的非线性系统，同时克服参数敏感性，对DC／DC变换器使用无源控制一非线性控制，结合PI控制的无源综合控制。本文的主要工作和成果如下：(1)在对常见结构的独立光伏发电系统具有的优

5、劣性分析的基础上，确定了光伏发电单元和储能单元分别带有电力变换接口的独立光伏发电系统结构。在对光伏电池、光伏组件电路建模基础上，对光伏阵列利用牛顿迭代法编写进行仿真的M．file文件。随后选取免维护铅酸蓄电池作为储能单元，分别选取单向Boost和双向Buck．Boost直流变换器作为光伏发电单元与储能单元的电力变换接口。最后根据负载类型的选择，确定了独立光伏发电系统的具体结构。(2)根据免维护铅酸蓄电池充放电电流和电压的约束，确定了其充放电策略，再结合独立光伏发电系统的能流的分析，采用独立光伏发电系统6种工作模式，分别确定了单向Boost与双向Buck-Boos

6、t直流变换器的控制模式。根据对单向Boost的控制模式，采用馈入直流母线电压PI电压外环的光伏阵列功率调节器，能使光伏阵列最大功率追踪与限制功率输出平滑过渡，再对光伏最大功率追踪一短路电流法，进行了改进。最后形成了独立光伏发电系统总体控制策略。(3)对Buck变换器的仿射非线性方程形式相对阶进行了分析，得出Buck变换器不存在内动态，直接对Buck变换器进行无源电压控制律设计。同样，根据Boost变换器的仿射非线性方程形式相对阶，得出Boost变换器存在内动态，并以状态变量一电感电流作为输出时，验证了内动态的稳定性。以电感电流作为状态反馈变量，设计Boost变换

7、器的静态无源电流控制律和动态无源电流控制律，并选择有较优异控制性能的静态无源电流控制律作为Boost变换器的无源控制律，再在静态无源电流控制律的基础上串联PI电压外环，通过PI电压外环自动配置期望值，解决参数变动的问题。摘要(4)对独立光伏发电系统，在Matlab／Simulink仿真软件环境下，搭建主电路和控制电路模型。接着，引入传统的PI控制，同无源综合控制作比较。根据独立光伏发电系统典型的工作模式，分别验证所提总体控制策略对能量管理的有效性与基于无源综合控制的独立光伏发电系统有较好的动静态特性与较强的鲁棒性。关键词：独立光伏发电系统，DC／DC变换器，无源

8、综合控制，动静态特性，鲁