基于RT-LAB的光伏发电实时仿真系统研究

论文摘要

光伏发电作为清洁可再生能源正在快速发展,相关问题的研究也在不断深入。在室内研究光伏发电系统,尤其是大功率的光伏发电系统时,若采用真实的光伏电池进行实验研究,很容易受光照、温度等自然环境和现场条件的限制。针对这一问题,本文利用先进的实时仿真软件,搭建了半实物仿真平台,并对单级式光伏发电系统进行了实时仿真建模和分析。论文首先概述了国内外光伏发电发展现状,阐述了研究光伏发电实时仿真系统的必要性。随后,建立了光伏模拟器的数学模型和控制器模型。利用传递函数和波特图对控制器参数进行理论分析,并对控制器的参数进行优化。通过软件仿真和实验,将理论得到的控制器参数和经验获得的PI控制参数进行实验对比。实验结果证明,用频率特性法进行控制参数设计更加合理。然后,利用RT-LAB实时仿真平台,结合DSP控制器以及光伏模拟器硬件,分别建立硬件在回路模型和快速控制模型,并将实验结果分别与MATLAB仿真的结果进行对比分析。实验证明,该模拟器的工作特性与所模拟的光伏电池输出特性相吻合,并能够动态模拟负载小范围变化的工作情况。最后,本文利用光伏模拟器代替传统的光伏电池,建立了单级式光伏并网发电系统,在RT-LAB仿真平台中搭建实时仿真模型,对系统进行了仿真研究。该实验平台不仅克服了实物系统受光照与温度现实条件的限制,同时可以兼顾硬件环境对实验的影响,弥补了全数字仿真的不足,为室内进行大功率光伏发电系统的实验研究提供了一个良好的平台。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 世界太阳能的发展趋势
• 1.1.2 我国太阳能的发展趋势
• 1.2 光伏发电概述
• 1.2.1 光伏模拟器发展现状
• 1.2.2 光伏并网发电的研究现状
• 1.3 实时仿真系统的介绍
• 1.3.1 半实物实时仿真
• 1.3.2 RT-LAB实时仿真系统简介
• 1.4 论文主要内容和结构
• 2 光伏电池模拟器的系统工作原理
• 2.1 光伏电池的输出特性和工作原理
• 2.1.1 光伏电池输出特性
• 2.1.2 光伏电池工作原理
• 2.2 光伏电池的数学模型
• 2.2.1 光伏电池工程用的Ⅰ-Ⅴ方程
• 2.3 光伏电池模拟器的控制系统设计
• 2.3.1 光伏电池模拟器系统结构
• 2.3.2 光伏电池模拟器控制原理
• 2.4 光伏模拟器电路元件参数的选择
• 2.4.1 主电路总体设计
• 2.4.2 电感和电容的设计
• 2.5 本章总结
• 3 光伏模拟器控制器参数的优化设计
• 3.1 光伏模拟器传递函数的推导
• 3.1.1 主电路传递函数的推导
• 3.1.2 调制器平均模型推导
• 3.2 控制器参数设计
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 根据波特图判定稳定性
• 3.3 仿真及硬件实验结果分析
• 3.3.1 MATLAB仿真结果
• 3.3.2 硬件实验结果
• 3.4 本章小结
• 4 基于RT-LAB的光伏模拟器半实物实时仿真
• 4.1 光伏模拟器的硬件在回路模型
• 4.1.1 硬件在回路建模
• 4.1.2 实验分析
• 4.2 快速控制模型
• 4.2.1 快速控制模型建模
• 4.2.2 实验分析
• 4.3 本章小结
• 5 基于光伏模拟器的单级式光伏发电系统
• 5.1 单级式光伏发电系统结构
• 5.1.1 光伏发电系统电路拓扑介绍
• 5.2 单级式光伏逆变系统的控制策略
• 5.2.1 最大功率跟踪控制策略
• 5.2.2 并网控制策略
• 5.3 单级式光伏发电实时系统建模
• 5.3.1 实时仿真建模
• 5.3.2 实时仿真结果与分析
• 5.4 本章总结
• 6 结论
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集