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1、 论文题目：神经网络控制在太阳能逆变电源中的应用 专 业：控制理论与控制工程 硕 士 生：范 俊李新玲 (签名)_ 指导教师：蔡文皓 (签名)_ 摘 要 太阳能因其自身特有的优势，而成为了一种最为理想的新能源。光伏发电是太阳能利用的主要方式， 逆变电源是光伏发电系统中的重要部件， 其性能影响整个系统的性能，而应用先进的控制算法是提高逆变电源性能的重要手段， 本文利用神经网络较强的逼近任意非线性的能力，探索将其算法应用于逆变电源的控制中，经过仿真和实验证明了该方法在逆变控制中取得了良好的效果，较大程度的优化了逆变电源的性能指标。 本文首先叙述了太阳能利用的背景意义以及光伏发电系统特点与分类， 介
2、绍了逆变电源中逆变技术和电力电子技术的现状与发展，分析了影响逆变性能的两个关键性技术：PWM 软开关技术和数字化控制技术。由此引出了本文的主要研究任务，用基于神经网络算法的数字化控制平台来实现对逆变电源的控制。 其次，对逆变电源系统进行了总体的设计，分析了逆变电源主电路的拓扑结构并建立了数学模型， 介绍了在逆变电路中应用最多的正弦波脉宽调制技术的基本原理及其控制方式与采样方法。讨论了逆变电源的几种常规控制方法的优缺点，重点阐述了神经网络控制的基本原理与应用，详细介绍了 BP 神经网络的算法及其算法改进和 BP 网络的设计方法，在此基础上，采用了 BP 神经网络直接控制和 BP-PID 复合控制
3、的两种控制方法，并利用 MATLAB 软件编程进行训练与仿真，对比了 BP-PID 控制与常规 PID 控制的效果，证明了神经网络对逆变电源这样的非线性系统控制的优越性。 最后，在仿真的基础上设计制作了以 TMS320F2812 为主控器件的 500W 单相逆变电源实验板，详细叙述了软硬件的设计方案，并给出了实验结果。 关 键 词：太阳能；逆变；神经网络控制；BP 算法；TMS320F2812 研究类型：应用研究 Subject : The Application of Neural Network Control in Solar Inverter Power Supply Specialt
4、y : Control Theory and Control Engineering Name : Fan Jun (Singature)_ _ _ Instructor : Cai Wenhao (Singature)_ _ ABSTRACT For its own unique advantages of solar power, it has become one of the most ideal new energy. Photovoltaic power generation is the main form of solar energy utilization and Inve
5、rter power supply is an important component of the system and the performance of that affects the whole system performance. The application of advanced control algorithms is the important means of improving the performance of an inverter. In this paper, based on the strong ability of approaching to
6、any nonlinear of neural network algorithm, exploring how let the control method used in the inverter. The simulation and experiment show that the method makes a good result in the inverter control and optimizes the inverter performance in a greater degree. Firstly, this paper describes the backgroun
7、d and meanings of using solar energy as well as the feature and classification of photovoltaic power generation systems. Introduced the current situation and development of Inverter technology and inverter power electronics technology in the inverter power and analyzed two key technologies of affect
8、ing Inverter performance: PWM soft-switching technology and digital control techniques. This led to the main task of this paper, achieving the control of inverter with a digital control platform based on neural network algorithm. Secondly, this paper designs the inverter power system integrally, ana
9、lyzes the main circuit topology and mathematical model of the inverter and introduces the basic principle of inverter sine pulse width modulation technology, which is used widely, and its controlling and sampling methods. The advantages and disadvantages of several conventional control methods of th
10、e inverter were discussed, also the basic principles of neural network control and application was focused on. It details the BP neural network and its improved and the method of BP network design. On this basis, using two control methods of the direct control of BP neural network and BP-PID compoun
11、d control and also using MATLAB software to simulate the training program, compared to the BP-PID control and conventional PID control and results show that superiority of the neural network control for nonlinear systems. Finally, based on the simulation, 500W single-phase inverter power experimenta
12、l board using the TMS320F2812 as the main controller parts was designed, detailing the hardware and software design and the experimental results are shown finally. Key words : Solar Power Inverter Neural Network Control BP Algorithm TMS320F2812 Thesis : Application Research 1 绪论 1 1 绪论 1.1 课题研究的背景和意
13、义 随着科学技术的发展，人类人口数量的增多，能源的消耗越来越大，开采速度也越来越快，导致可以利用的煤、石油和天然气等不可再生的能源越来越少，能源短缺的问题将会越来越严重。据统计数据表明，以目前的开采速度计算，全球石油储量可供生产三四十年，天然气可供应六七十年而煤炭也只能供应百年。我国的能源资源储量情况更是不容乐观，按本世纪初的统计，探明可开发能源总储量约占世界总量的 10.1%，其结构为：原煤占 58.8%，原油占 3.4%，天然气占 1.3%。我国能源可开发剩余储量的资源保证程度为 129.7 年1。同时，常规能源的大量使用对环境的破坏也非常严重，根据有关报道，全世界使用这些化石能源每天会产
14、生一亿多吨的 CO2、SO2等温室效应气体，造成极其严重的空气污染，导致全球变暖、冰川融化、海平面升高、暴风雨和酸雨等自然灾害频繁地发生。如果再继续下去，人类的生存环境将会受到极大的威胁。所以节约能耗和减少排放 CO2、SO2等温室气体，已经成为刻不容缓的大事。人类想要得到长远的发展，能源危机和环境污染是首先必须要解决的问题。因此，针对这些问题，开发一些可再生的能源，比如说太阳能、风能、水能和生物质能等等，可以大大缓解能源危机的压力和环境污染的问题。 在可再生能源的家族中，资源量最大、分布最普遍广泛的是太阳能2。太阳光的辐射能量取之不尽、用之不竭。在地球大气层以外,太阳辐射的功率密度为每平方米
15、 1.353千瓦，称之为太阳常数。太阳与地球之间的平均距离是 1 亿 5 千万公里，在到达地球表面时,部分太阳光被大气层吸收，光辐射的强度降低。正午太阳光垂直入射时， 在地球海平面上测量,太阳辐射的功率密度约为每平方米 1 千瓦， 通常这个被作为测试太阳电池性能的标准光辐射强度。太阳光辐射的能量是非常巨大的，如果把从太阳到地球的总辐射功率若换算为电功率的话，大约是 1.77 1017千瓦，比目前全世界的平均消费电力还要大数十万倍。如果换算成标准煤的燃烧能，每年到达地球的辐射能相当于 49000 亿吨标准煤的燃烧能。太阳能不但数量巨大、取之不尽、用之不竭，而且还是不会产生环境污染的绿色能源，所以
16、大力推广太阳能的开发与应用是世界性的趋势。 我国地大物博，拥有丰富的新能源与可再生能源可以用来开发利用。近十年来，随着我国经济的高速增长，使我国迫切需要加大对新能源和可再生能源的开发利用力度，以解决能源短缺的问题，保障能源供应安全。同时，作为一个世界性的大国，开发可再生的绿色能源、保护环境也是我们应有的责任。近年来，由于我们国家各级政府和社会各界的高度重视，我国在可再生能源的开发和利用方面取得了较快发展，并且已经取得西安科技大学硕士学位论文 2 了一些成绩，在 2005 年 2 月 28 日通过了可再生能源法，该法已于 2006 年 1 月 1日起颁布实施，这对于我国可再生能源的发展具有十分重要的意义3。 1.2 太阳能光伏发电
