光伏发电系统并网控制及最大功率跟踪的研究

论文摘要

随着人类社会的发展和人民生活水平的提高,人类对于能源的需求越来越大,然而传统的不可再生能源日益枯竭,而且在应用过程中造成了严重的环境污染,绿色能源应运而生。光伏能源作为其中的代表,深得人们的重视,光伏并网发电是充分利用光伏能源的一个非常重要的方式。逆变器是光伏并网发电系统中的核心部分,本文对两级式光伏并网逆变系统中的逆变电路、并网控制技术、最大功率跟踪的实现电路以及最大功率跟踪方法做了较为深入的研究。首先,对光伏电池的种类、工作原理、等效电路、输出特性进行了分析,并对单相全桥逆变电路的工作原理进行了研究,推导了单相全桥逆变电路的无差拍控制算法。其次,对于几种实现最大功率跟踪的DC-DC电路进行了详细的分析研究,通过Matlab/Simulink搭建了DC-DC实验电路模型,经过比较确定采用Boost升压斩波电路作为两级式并网逆变器的前级电路。另外以2.5kW光伏并网逆变器为例,分析电路中主要参数的选取。再次,详细分析研究了几种传统的最大功率跟踪方法,给出了一种改进的扰动观察法与滞环比较法相结合的方法和一种电导增量法与功率数学模型法相结合的方法,解决了传统方法存在的弊端。最后,在Matlab/Simulink环境下,搭建了光伏电池模型、并网逆变器模型和相应的控制系统模型,仿真验证了PWM无差拍控制算法以及最大功率跟踪新方法的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 背景与意义
• 1.2 光伏发电的国内外现状
• 1.3 光伏发电系统及其并网中的关键问题
• 1.3.1 光伏发电系统
• 1.3.2 光伏并网系统中的关键问题及其研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 光伏电池的伏安特性与光伏并网逆变器
• 2.1 光伏电池的基本原理与特性
• 2.1.1 光伏电池的工作原理
• 2.1.2 光伏电池的种类与特性参数
• 2.1.3 光伏电池的等效电路
• 2.1.4 光伏电池的输出特性
• 2.2 并网逆变器的介绍
• 2.3 单相全桥逆变电路分析
• 2.3.1 单相全桥逆变电路工作原理
• 2.3.2 逆变侧滤波电感分析
• 2.4 并网控制策略分析
• 2.4.1 常用控制策略
• 2.4.2 电流无差拍控制PWM 算法的公式推导
• 2.5 本章小结
• 第3章 最大功率跟踪的实现电路
• 3.1 DC-DC 电路的作用
• 3.2 DC-DC 变换电路的分析与仿真
• 3.2.1 降压斩波电路（Buck）
• 3.2.2 升压斩波电路（Boost）
• 3.2.3 升降压斩波电路（buck-boost）
• 3.2.4 DC-DC 的电路仿真
• 3.3 Boost 升压电路的功能实现
• 3.4 以2.5kW 光伏并网逆变器为例分析电路参数
• 3.5 本章小结
• 第4章 最大功率点跟踪算法的研究
• 4.1 最大功率点跟踪（MPPT）的基本原理
• 4.2 几种常用最大功率跟踪控制算法分析
• 4.2.1 定电压跟踪法（Constant Voltage Tracking,简称CVT）
• 4.2.2 扰动观察法（ Perturbation and Observation,简称P&O ）
• 4.2.3 电导增量法（ Incremental Conductance, 简称IncCond）
• 4.2.4 三点重心比较法（Three-PointWeight Comparison,简称TPWC）
• 4.2.5 功率数学模型法（ Power Math Model, 简称PMM）
• 4.3 基于传统算法的改进新算法
• 4.3.1 扰动观察与滞环比较相结合的方法
• 4.3.2 电导增量与功率数学模型相结合的方法
• 4.4 本章小结
• 第5章 光伏并网逆变器及MPPT 的仿真验证
• 5.1 光伏电池的仿真
• 5.2 最大功率跟踪的仿真
• 5.3 并网逆变控制的仿真
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢
• 详细摘要