光伏发电及其关键技术研究

论文摘要

随着社会的飞速进步,传统能源的紧缺及其对环境带来的负面影响给新能源的蓬勃发展带来了新的契机。可以肯定,在未来的几十年中以太阳能为首的新能源势必将逐步取代传统能源。目前,光伏发电技术主要应用于独立光伏系统与并网光伏发电系统。本文就光伏发电及其关键技术进行了深入研究,总结了国内外光伏技术的发展现状,阐述了光伏发电技术的工作原理及其结构的系统组成,通过仿真实验研究了影响不同光伏材料的Ⅰ-Ⅴ特性的客观因素；对户用光伏并网发电系统的关键技术进行了详细的研究。本文所做的工作可归纳如下：1.总结国内外光伏技术及其产业市场的发展现状。阐述了半导体PN结的工作原理以及光伏发电技术的基本工作原理-光伏效应。2.分析了光照强度与温度对构成光伏阵列的三种不同半导体材料（单晶硅,多晶硅与铜铟硒CuInSe2-CIS）的影响。验证了单晶硅在三者中最优的转化效率；并通过三种材料在变化的环境中的不同性能表现,为既定的光伏系统材料的选取提出了建议。3.总结几种最大功率控制方法的优缺点；通过对一种典型光伏阵列数学模型的分析,通过求极值功率的方法,给出了一种带有MPPT最大功率跟踪点的光伏阵列模型,并对其应用的仿真实验研究,验证了该模型具备MPPT功能。4.详细分析了户用光伏并网发电系统的传统拓扑结构与控制结构,通过在传统系统的光伏阵列输出级加入Boost DC/DC升压变换器,对传统系统的拓扑结构进行了一定改进。在Matlab环境下进行了仿真实验,实验结果表明,在电网电压受到周期性扰动时,采用了电压前馈以及并网电流的重复控制技术的光伏并网系统与传统的采用纯比例P控制的系统相比所具有的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究光伏技术的重要意义
• 1.2 国外光伏技术和产业市场研究与发展概况
• 1.3 国内光伏技术和产业市场研究与发展概况
• 1.4 光伏发电的发展趋势
• 1.5 论文的主要工作及安排
• 第2章 光伏发电及其关键技术概述
• 2.1 光伏发电工作原理
• 2.1.1 半导体PN结结构及其原理
• 2.1.2 光伏效应原理
• 2.2 光伏发电系统的组成结构
• 2.3 光伏发电的一些关键技术
• 2.3.1 光伏阵列的MPPT技术
• 2.3.2 光伏充电控制器的智能控制技术
• 2.3.3 逆变技术
• 2.4 本章小结
• 第3章 光伏阵列性能及其MPPT研究
• 3.1 光伏阵列的工作特性
• 3.2 光照强度和温度对几种光伏材料性能影响的研究
• 3.2.1 光照强度和温度对晶体硅与CIS工作性能的影响
• 3.2.2 结论
• 3.3 常用的几种最大功率点跟踪方法研究
• 3.3.1 恒定电压跟踪法
• 3.3.2 扰动观察法
• 3.3.3 功率回授法
• 3.4 基于数学模型的光伏阵列MPPT方法研究
• 3.4.1 光伏阵列数学模型
• 3.4.2 具备MPPT功能的光伏阵列数学模型
• 3.4.3 Matlab环境下光伏阵列通用仿真模型
• 3.4.4 并网系统中光伏阵列通用仿真模型的应用
• 3.4.5 仿真结论
• 3.5 本章小结
• 第4章 户用光伏并网发电系统的关键技术研究
• 4.1 户用光伏并网发电系统的拓扑结构分析
• 4.1.1 户用光伏并网发电系统的拓扑结构
• 4.1.2 户用光伏并网发电系统的控制结构
• 4.1.3 SPWM调制方式与工作过程
• 4.1.4 逆变器输出级数学模型
• 4.2 锁相环原理与其在系统中的实现
• 4.2.1 锁相环的原理
• 4.2.2 本文采用的锁相环的实现
• 4.3 系统中MPPT的研究
• 4.4 电网电压前馈策略的研究
• 4.5 光伏并网电流重复控制研究
• 4.5.1 重复控制的理论基础
• 4.5.2 重复控制的实现
• 4.6 户用光伏并网发电系统仿真实验研究
• 4.6.1 仿真模型的组件
• 4.6.2 系统主要器件的仿真设计
• 4.6.3 仿真结果
• 4.7 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文