小功率光伏发电系统关键技术的研究

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1、密级小功率光伏发电系统关键技术的研究毛鹏2015年10月中图分类号：TM1UDC分类号：621.3小功率光伏发电系统关键技术的研究作者姓名毛鹏学院名称信息与电子学院指导教师张卫平教授答辩委员会主席罗伟雄教授申请学位工学博士学科专业电路与系统学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年10月ResearchonKeyTechniquesofLow-powerPhotovoltaicGenerationSystemCandidateName:PengMaoSchoolorDepartment:InformationandElectronicsSupervisor:ProfessorWe

2、ipingZhangChair,ThesisCommitteeProfessorWeixiongLuoDegreeApplied:DoctorofEngineeringMajor：CircuitandSystemDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：October,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用

3、过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要目前国内外对于光伏发电系统的研究热点主要集中在中大功率光伏发电系统。随着国家相关政策的扶持以及光伏建筑一体化项目的推广与应用，小功率光伏发电系统备受工业界的关注。中大功率光伏发电系统与小功率发电系统技术上存在一定的共同点，但是功率等级的差异造成目前光伏发电系统的拓扑结构以及控制技术并不适应小功率发电系统的需求，因此需要研究小功率光伏发电系统的关键技术。主要工作内容如下：（1）针对小功率光伏发电系统的结构以及相关的关键技术展开研究。首先分

4、析了典型光伏发电系统发电效率低下的原因，这是目前光伏发电系统面临的共性问题，对于小功率发电系统而言这又尤为重要。其次指出适用于小功率光伏发电系统的三种优化结构以及控制策略。基于串联DC/DC模块发电结构和基于并联DC/DC模块发电结构通过DC/DC功率优化器实现组件相互解耦，基于交流模块发电结构中光伏组件通过DC/AC微型逆变器实现相互解耦。解耦使得每个光伏组件都能工作在自身的最大功率点处而互不干扰从而提高了光伏发电系统的发电率。最后针对串联DC/DC模块和并联DC/DC模块连接方式的不同研究功率优化器的特点。（2）以基于串联DC/DC模块发电结构为主线研究后级DC/AC逆变器中新颖

5、的电流控制器。首先分析了目前PR电流控制器存在的问题并得出PR控制器为一自由度控制器，无法兼顾系统的跟踪性能和抗扰动性能。其次根据自由度控制理论提出R-P控制器、改进型R-P控制器以及RP-RP控制器，这三种控制器保持了采用PR控制器时系统的抗扰动能力同时解决了PR控制器存在的问题。最后根据RP-RP控制器的特点提出适用于小功率光伏发电系统的无锁相环单相光伏逆变器。（3）针对基于交流模块发电结构即MIC系统中两级准直流母线型MIC系统结构，设计了采用有源钳位技术以及交错并联技术的反激型MIC系统。首先建立了主电路的大信号模型、二阶近似模型以及四阶精确模型。在此基础上分别提出稳态占空比

6、前馈算法提高系统的动态调整能力和有源阻尼技术抑制高频谐振峰值，最后设计了电流环和均流环，实现并网电流和电网电压同频同相以及交错变换器的均流。（4）针对光伏并网系统或者其他它能源并网系统中解决电网同步问题的锁相环电路展开研究。首先研究了单相锁相环电路和三相锁相环电路的小信号模型，在此基I北京理工大学博士学位论文础上提出锁相环电路的小信号范式模型，分析了该范式模型在各种典型工况下的关键性能，包括捕获时间、捕获范围、稳态误差和信噪比。本文提出的适用于小功率光伏发电系统关键技术的理论结果通过Matlab、Psim和PSpice仿真软件进行了仿真验证并分别制作功率优化器、5kW单相光伏并网系统

7、以及200W微型逆变器样机进行实验验证。关键词：小功率光伏发电系统；DC/DC功率优化器；电流控制器；锁相环；微型逆变器；II北京理工大学博士学位论文AbstractSofartheresearchismainlyfocusedonthemediumandhighpowerphotovoltaicgenerationsystem.Astherelevantgovernmentpoliciessupportandapplicationofbuildingin