毕业论文——光伏发电系统设计(8)

2018-12-17 16:37

启动 A/D 转换器;最快转换时间80ns。

? 多达56个独立可编程复用的通用I/O引脚(GPIO);12位的模/数转换模块,

模/数转换模块单路转换时间60ns,单个的转换时间200ns;串行通信模块,包括串行外设接口(SPI)、两个 UART 接口模块(SCI)、增强的 eCAN 2.0 接口模块、多通道缓冲模块(McBSP);功能强大的外部中断扩展模块,可支持96个外部中断。

4.3.2 数字PI调节器的设计

1.数字PI算法

数字PI控制是用计算机实现PI控制,即把模拟PI控制规律数字化。对于连续PI控制,用时间域来表示,其控制表达式为:

??1t u1?t??Kp?e?t???e???d?? (4-3)

0T?1?式中 u1?t?——PI调节器输出量; e?t?——给定值与反馈值的误差; Kp——比例系数; T1——积分时间; 也可以写成:

u1?t??Kpe?t??K1?e???d? (4-4)

0t式中 Kp——比例系数;

K1——积分系数,K1?Kp/T1

计算机控制是一种采样控制,算式中的积分运算只能用数值计算方法逼近,如积分项可以用矩形代替或梯形合式代替。只要采样周期T取得足够小,这种逼近可以相当精确,其表达式如下:

?Tu1?k??Kp?e?k??TI??2ej???b?4ac (4-5) ?j?0?k

同样算式也可以写成:

u1?k??Kpe?k??KI?e?j? (4-6)

j?ok其中:KI?KpT/TI

积分时间TI的物理意义:对输入进行累计,达到比例作用大小所需时间。TI越小,积分越强,反之TI越大,积分作用越弱。积分有利于提高精度,但对稳定性有影响。

下面递推PI算式。 第k-1时刻Pl算式为

u1?k?1??Kpe?k?1??KI?e?j? (4-7)

j?0k?1式(3-6)减式(3-7)则有:

u1?k??u1?k?1??Kp??e?k??e?k?1????KIe?k? (4-8)

则递推PI算式为:

u1?k??u1?k?1??Kp??e?k??e?k?1????KIe?k? (4-9)

u1?k??u1?k?1??q0e?k??q1e?k?1? (4-10) 其中:

?T?q0?Kp?KI?Kp?1??

?TI?q1??Kp

在按式(4-10)编写PI算式程序时,可以根据预先确定的Kp、KI的值,计算出q0、q1的值,并将其存入内存中固定的存储单元,并设置初始值

e?k??e?k?1??e?k?2??0。

在式(4-10)表示的PI算式中,控制作用的比例、积分部分是相互独立的,因此不仅易于理解,也便于检查参数变化对控制效果的影响。 2.数字PI调节器参数整定

整定即调节P、I参数,选择采样周期T,使得控制系统的性能指标达到要求。 整定方法有两类:理论计算和工程整定方法[16]。理论计算要求已知各个环节的传递函数,计算比较繁琐;工程整定法是在实验和经验中总结出来的方法,简单、方便,工程实际中广泛采用。下面介绍工程中常用的试凑法和扩充临界比例法。

(l)试凑法

试凑法是通过模拟或闭环运行(如果允许的话)观察系统的响应曲线,反复试凑参数,以达到满意的响应,从而确定PI参数。

增大比例系数Kp,一般将加大系统的响应,在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调,并产生振荡,使稳定性变差。增大TI将减慢消除静差的过程,但有利于减小超调,减小振荡。

在试凑时,可参考以上规律,对参数实行先比例、后积分的整定步骤。 1)将比例系数由小变大,并观察相应的系统响应,直至得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已小到许可范围内,并且响应曲线已属满意,那么只需用比例调节器即可,比例系数可由此确定。

2)如果系统的静差不能满足设计要求,则须在比例调节的基础上加入积分环节。整定时首先置积分时间TI为一较大值,并将经第一步整定得到的比例系数略微缩小(如缩小为原值的80%),然后减小积分时间,使在保持系统良好动态性能的情况下,静差得到消除。在此过程中,可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间,以得到较好的控制效果。

PI调节器的参数可以有各种不同的搭配,用不同的整定参数有可能得到同样的控制效果,只要被控过程主要指标已达到设计要求即可。

(2)扩充临界比例法

首先,将调节器选纯比例调节器,形成闭环,改变比例系数,是系统对阶跃输入的响应达到临界振荡状态,将这时的比例系统记为Kr,临界振荡的周期记为Tr,根据齐格勒一尼科尔斯提供的经验公式,即可由这两个基准参数得到不同类型调节器的调节参数。

这种临界比例法给出了模拟调节器的参数整定。用于数字PI调节器时,所提

供的参数原则也是通用的,但根据控制过程离散化程度,可将这一方法扩充。

l)预选一个足够短的采样周期T,具体说就是选择采样周期为被控对象纯滞后时间的1/10以下。

2)做纯比例控制,并逐渐加大Kp的值,是系统出现临界振荡,记下使系统发生振荡的临界值Kr和系统的临界振荡周期Tr。

3)选择控制度Q。所谓控制度,是以模拟调节器为基准,将数字控制器的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较,是数字控制器和模拟调节器所对应的过渡过程的误差平方的积分比,即:

??e2dt???0??DQ??? (4-11)

2?edt?????0?A实际应用中并不需要计算出两个误差平方的积分,控制度仅是表示控制效果的物理概念。通常当控制度Q=1.05时,数字控制器和模拟控制器的控制效果相当;当控制度Q=2.0时,数字控制器比模拟调节器的控制质量差。

4)如下表,求出T,Kp,TI的值。

表 4-1 扩充临界比例法整定参数表(衰减比n=4:l)

控制度 1.05 1.20 1.50 2.0

控制规律 PI PI PI PI TTr 0.03 0.05 0.14 0.22 KpKr 0.53 0.49 0.42 0.36 TITr 0.88 0.91 0.99 1.05 5)运行修正

第五章 总结与展望

太阳能光伏阵列模块是将太阳能转化为直流电能的设备。由于输出电压较低,利用了Boost升压变换器。早在七十年代初期,人们就开始研究逆交器装置使得能将光伏阵列模块产生的电能直接投入交流电网。逆变器的两个主要任务:一是将光伏阵列模块产生的直流电能转化为交流正弦电流注入电网;二是优化光伏阵列模块的工作点,使系统总是工作在光伏模块的最大功率点。

本论文研究了基于TMS320F2812的太阳能光伏并网发电系统,利用boost变换器,采用全桥逆变,设计出一套单相两级式光伏并网发电系统,对系统的结构及控制策略进行了研究。

5.1 总结

本论文对光伏并网系统中的核心问题进行了较为细致深入的分析和研究,主要的研究工作总结如下:

1.分析了光伏发电在国内外的发展现状及前景。

2.研究了单相光伏并网发电系统的结构和工作原理,设计了一套控制策略,采用了扰动观察控制法对MPPT进行跟踪,并用电压电流双闭环控制策略对逆变器进行控制实现并网。

3.设计了基于DSP芯片TMS320F2812的光伏并网发电系统的电路,包括系统的主电路、控制电路。

4.运用Matlab/Simulink对系统的实现方案进行仿真,包括光伏列阵、最大功率点跟踪(MPPT)控制、PWM波形的产生、数字PI调节器的设计、电压电路双闭环控制。

5.2 展望

目前光伏并网发电系统在世界各国得到了广泛的推广和应用,对其的利用和控制还是比较前沿的课题。控制理论和电力电子技术的紧密结合使得该领域的研究博大精深。虽然光伏并网发电系统在国外已经有了一定规模的应用,但是这个领域仍然有很多技术问题有待解决,特别是在整个系统的核心一并网逆变器的拓扑结构、控制策略等方面。


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