单相光伏并网发电系统的研究与改进

论文摘要

毋庸置疑,清洁能源发电在全球已经成为未来世界发展的重要方向。欧美发达国家和新兴发展中国家都已经把新能源开发提上了重要的议事日程。在新能源领域,太阳能光伏发电是未来最具潜力的产业之一,其中,户用单相并网系统有非常广泛的应用前景。利用光伏组件进行太阳能利用技术在近几年发展迅速,国外已经有光伏逆变器在各个光伏项目中运行。但传统的光伏并网逆变器均为两级结构,更加高效的单级结构光伏并网逆变器存在着控制复杂、最大功率跟踪功能难以实现、系统稳定性得不到保证、功率因数无法灵活控制等问题。另外一方面,光伏阵列的最大功率跟踪一直是该领域研究的一个重点,已经提出了各种算法。但传统的最大功率算法存在跟踪时间和跟踪效率不能兼顾的问题,因此近些年各国相继开始研究变步长算法。通过利用MATLAB/simulink,本文依据光伏电池仿真模型建立了单相单级式光伏并网发电系统模型,通过模型,利用相位调整环节进行了并网功率因数的改进。在最大功率跟踪方法的改善方面,本文针对变步长最大功率点跟踪算法提出了一种连续K时刻采样系统变化趋势以判断步长变化的改进型算法,改善系统的最大功率跟踪效果。在不带本地负载光伏并网系统的开停机过程中,最大功率跟踪的切入切除时机对系统的运行有一定的影响,本文针对此问题也进行了一些具有实际意义的研究和改进。经过仿真试验证明,本文对单相单级光伏并网发电系统的改进效果是明显的,实现了输出功率因数的调整,对并网电压相位的跟踪可以灵活控制,系统并网性能得到改善,波形良好。在最大功率跟踪方面,通过实验证明,本文所提出的算法实现了高效性和快速性两方面的改进。相比其它变步长算法的判断方法简单。由此证明,本文对光伏并网系统所做的改进是有效的,系统的输出性能和效率都得到了提高。利用本文所改进的系统为进行硬件实践及孤岛试验提供了可靠的保证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 太阳能光伏发电的背景及发展现状
• 1.2 单相光伏并网发电现状
• 1.3 单相光伏并网发电系统的发展前景
• 1.4 单相光伏并网逆变器的主要问题
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 2 单相光伏并网发电系统的原理
• 2.1 光伏发电系统的基本构成及分类
• 2.1.1 独立光伏发电系统与并网光伏发电系统
• 2.1.2 可调度式光伏并网发电系统与不可调度式光伏并网发电系统
• 2.2 光伏并网发电系统并网标准
• 2.3 光伏并网发电系统的结构
• 2.4 单相光伏并网逆变器的分类
• 2.4.1 单级式系统
• 2.4.2 两级式系统
• 2.4.3 多级式逆变器
• 3 最大功率点跟踪（MPPT）的实现方法及其改进
• 3.1 光伏电池的特性及其仿真模型
• 3.1.1 光伏电池的物理模型
• 3.1.2 光伏阵列的数学仿真模型
• 3.1.3 光伏电池的输出特性
• 3.2 光伏发电最大功率点跟踪的实现方法
• 3.2.1 扰动观察法（Perturbation and Observation Method,P&Q）
• 3.2.2 导纳增量法（Incremental Conductance）
• 3.3 本文对最大功率跟踪算法的改进
• 3.3.1 变步长改进算法及其判断方法
• 3.3.2 本文所用的判断方法
• 3.4 本文对MPPT算法所做研究得出的结果
• 4 光伏并网逆变器及其控制算法
• 4.1 并网逆变器的控制目标及控制方法
• 4.1.1 SPWM控制
• 4.1.2 并网逆变器的控制策略
• 4.2 两级并网逆变器的主回路及其控制方法
• 4.2.1 两级并网逆变器的主电路及控制
• 4.2.2 两级并网逆变器的仿真及优缺点
• 4.3 单级式并网逆变器的主回路
• 4.3.1 单级能量变换理论
• 4.3.2 直流侧电容的选择
• 4.3.3 滤波器件的选择
• 4.3.4 主回路的仿真及其参数的设置
• 4.4 单级并网逆变器采用的控制回路
• 4.4.1 电流环控制
• 4.4.2 增加最大功率点跟踪后的控制
• 4.4.3 控制回路的仿真以及单级式系统模型
• 4.5 功率因数的改进
• 4.6 光伏并网发电系统的运行模式及开停机转换过程分析
• 4.6.1 光伏并网发电系统的开停机转换过程
• 4.6.2 光伏并网发电系统的孤岛检测
• 4.6.3 光伏并网发电系统运行分析
• 5 仿真结果
• 5.1 直流侧输出与最大功率点跟踪性能
• 5.2 系统并网结果及系统功率因数的改善
• 5.3 光伏并网系统开停机实验
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校学习期间所发表的论文