光伏并网发电系统及其控制的研究与仿真

论文摘要

随着能源危机和环境污染的日益严重，能源问题作为人类环境问题的一个重要组成部分越来越得到各国政府的高度关注。近年来光伏发电在世界范围内得到了快速发展，太阳能以其独特的优势成为人们重视的焦点。通过光伏并网发电系统将太阳能转换为电能，并将电能输送到电网上，是太阳能利用的主要形式。考虑到光伏电池的高成本和低转换效率，要在降低成本的同时对太阳能实现更有效的利用，就要对光伏发电系统的控制进行研究。本文对光伏并网发电系统及其控制进行了研究与仿真。研究了光伏阵列的特性并进行仿真和分析，建立了基于数学模型和基于占空比的两种Matlab数字仿真模型，两种模型均能较好地反映出光伏电池的功率输出与外界因素的关系，能准确的反映其物理特性，仿真精度高。在分析和比较MPPT(最大功率点跟踪)经典控制算法的基础上，搭建了MPPT控制的仿真模型，提出了一种新的MPPT算法——固定电压法结合自适应占空比扰动法，通过建立数字仿真模型，对比几种算法的仿真结果，验证了该算法的优越性。本文阐述了并网逆变器的拓扑结构和工作原理，对逆变器的控制方法进行了研究，并设计了控制器，进行了仿真验证。用电流PI调节瞬时值法对并网逆变器进行控制，建立了并网控制的数字仿真模型，通过仿真分析，验证了控制策略的正确性。通过分析与比较几种传统孤岛检测方法，提出了带正反馈的间歇性主动移频的孤岛检测方法，并通过MATLAB仿真，验证了该方法的优越性。仿真结果表明，本文采用的控制策略和设计方法是可行有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.绪论
• 1.1 光伏发电的背景与意义
• 1.2 光伏发电产业的发展状况
• 1.2.1 国外发展状况
• 1.2.2 国内发展状况
• 1.3 光伏发电系统的简单介绍
• 1.3.1 光伏发电系统的类型
• 1.3.2 光伏并网发电系统的基本组成
• 1.3.3 光伏并网发电系统的关键技术
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2.光伏阵列模型搭建及特性研究
• 2.1 光伏电池的原理
• 2.2 光伏电池的数学模型
• 2.3 光伏电池的输出特性
• 2.3.1 光谱响应
• 2.3.2 温度特性和光照特性
• 2.4 光伏阵列的建模与仿真
• 2.4.1 基于数学模型的光伏阵列仿真
• 2.4.2 基于占空比的光伏阵列仿真模型
• 2.4.3 光伏阵列的仿真波形与分析
• 2.5 本章小结
• 3.光伏系统最大功率点跟踪（MPPT）控制研究
• 3.1 引言
• 3.2 DC-DC 电路的工作原理
• 3.2.1 DC/DC 环节的分类与组成
• 3.2.2 Boost 电路的基本原理
• 3.3 MPPT 控制算法研究
• 3.3.1 常用的 MPPT 算法
• 3.3.2 基于固定电压法和自适应占空比相结合的 MPPT 算法
• 3.4 仿真分析
• 3.4.1 Boost 电路的仿真
• 3.4.2 基于简化模型的光伏系统 MPPT 仿真分析
• 3.4.3 基于器件的光伏系统 MPPT 仿真分析
• 3.5 本章小结
• 4.光伏系统逆变器控制研究
• 4.1 光伏并网逆变器的拓扑
• 4.2 全桥逆变电路基本原理
• 4.3 光伏系统逆变器控制策略研究
• 4.4 光伏系统逆变器控制设计
• 4.4.1 拓扑架构
• 4.4.2 前级电路电流环控制设计
• 4.4.3 后级全桥逆变器控制器设计
• 4.5 全桥逆变电路的仿真
• 4.6 本章小结
• 5.光伏并网发电系统孤岛检测方法研究
• 5.1 引言
• 5.2 孤岛检测基本原理与要求
• 5.3 常用的光伏并网逆变器孤岛检测技术
• 5.3.1 被动式检测方法
• 5.3.2 主动式检测方法
• 5.4 基于带正反馈的间歇性主动移频的孤岛检测方法
• 5.5 仿真分析
• 5.6 本章小结
• 6.总结与展望
• 参考文献
• 附录:硕士研究生学习阶段发表论文
• 致谢