光伏并网发电系统的仿真研究与设计

论文摘要

太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分,被认为是当前世界上最有发展前景的新能源技术,各发达国家均投入巨额资金竞相研究开发,并积极推进产业化进程,大力开拓市场应用。因此,光伏逆变并网系统是绿色新能源开发中一个不容忽视的研究热点。以往的光伏电池仿真都是通过对开路电压Voc和短路电流Isc的匹配来设置的光伏电池仿真参数,这种方式使得曲线的中间部分很难反映电池实际的Ⅰ-Ⅴ特征。本文通过使用拟合实际测量曲线的方法,自动寻找合适仿真参数,使得仿真结果与实际曲线更接近,更能反映实际情况。传统的光伏逆变系统是使用三相三线制系统,为了解决三相不平衡问题,大多使用带NFT（中性点变压器）的方法,但是工频下的变压器过于笨重,在大功率场合下难以发展。本文使用三相四线制的逆变系统,通过三维空间矢量变换解决了第四桥臂的牵制问题,使得负载不平衡的问题得到了很好的解决。本文首先对光伏电池的输出特性做了深入的研究,并给出了其数学描述。介绍了MATLAB的光伏电池SolarCell模块,并提出了一种能根据实际数据校正仿真模块的方法。并对光伏的特性进行了仿真。其次,针对三相三线制逆变系统在并网过程中遇到的非平衡负载问题,引入了三相四线制逆变系统。并对三相四线系统进行了空间矢量建模,使用三维矢量变换解决了中性点桥臂牵制的问题,并选用SVPWM调制方法和PID控制策略,并对其进行了仿真,证明了该方法的可行性。另外,介绍了光伏MPPT的相关原理。详细讨论了适用于光伏MPPT的DC-DC拓扑,并对MPPT算法进行了对比选择。最后使用合适的DC-DC拓扑及跟踪算法对光伏的MPPT进行了仿真。最后,从在前文仿真的基础上对系统的关键硬件做了详细的讨论。并对部分硬件做了仿真实验,实验证明关键硬件系统原理正确,为将来的继续深入研究铺平道路。文章最后对全文进行了总结,并提出下一步工作的展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 光伏产业的背景及意义
• 1.2 我国光伏的发展现状与前景
• 1.3 光伏系统概述
• 1.3.1 光伏电池技术
• 1.3.2 光伏电池的分类及特点
• 1.3.3 光伏发电系统的结构
• 1.3.4 光伏发电系统并网标准
• 1.4 本课题的研究内容与目标
• 第2章 光伏电池模型与仿真
• 2.1 光伏电池输出特性的数学描述
• 2.2 光伏电池的MATLAB仿真
• 2.2.1 MATLAB的Solar Cell模块
• 2.2.2 Solar Cell模块的参数校正
• 2.2.3 MATLAB光伏特性仿真
• 2.3 本章小结
• 第3章 光伏逆变MPPT跟踪
• 3.1 DC-DC
• 3.1.1 降压式变换器（Buck Converter）
• 3.1.2 升压式变换器（Boost Converter）
• 3.1.3 升降压式变换器（Buck-Boost Converter）
• 3.1.4 库克式变换器（CUK CONVERTER）
• 3.2 适用于光伏MPPT的DC-DC
• 3.2.1 原理分析
• 3.2.2 储能电感L的选择
• 3.2.3 滤波电容C的选择
• 3.2.4 输出二极管D的选择
• 3.3 MPPT中DC/DC变换器功能的实现
• 3.4 最大功率点跟踪算法
• 3.4.1 恒压跟踪（CVT）
• 3.4.2 扰动观察法（P&0）
• 3.4.3 电导增量法（INC）
• 3.5 导纳增量法MPPT仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 非对称负载的逆变器设计
• 4.1 逆变器的拓扑结构
• 4.1.1 采用Δ/Y变压器的逆变电源
• 4.1.2 采用中点形成变压器（NFT）的逆变电源
• 4.1.3 用直流输入电压的中点作为中性点的逆变电源
• 4.1.4 三相四桥臂逆变电源
• 4.2 三相光伏逆变器的控制方式及算法
• 4.2.1 控制方式的分类
• 4.2.2 SV-PWM
• 4.3 三相四桥臂SV-PWM
• 4.3.1 三相四桥臂逆变器的电压空间相量
• 4.3.2 三相四桥臂逆变器的空间相量控制
• 4.3.3 系统仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 逆变器硬件设计
• 5.1 系统硬件总体结构
• 5.2 主控芯片DSC56F8367
• 5.3 系统主回路
• 5.4 电压电流采样电路
• 5.5 锁相电路设计
• 5.6 IGBT驱动电路
• 5.6.1 KE103 IGBT驱动器
• 5.7 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作的展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢