光伏系统最大功率跟踪及并网控制研究

论文摘要

为了应对能源短缺，减少环境污染，降低温室效应，大量应用可再生能源具有重大意义。由于电力电子技术的快速发展，作为可再生能源的太阳能以光伏发电形式在各国得到广泛应用，同时，并网光伏发电系统省去了储能环节，被视为最有效的光伏发电方式。以此为背景，本文以并网光伏发电系统为研究对象展开了研究工作。首先，对目前光伏发电的发展现状进行了综述，并分析了光伏发电作为新的发电形式的优势所在，在综合比较不同的并网光伏发电系统拓扑结构之后，选取了两级式拓扑结构作为研究对象，前级直流变化器实现最大功率跟踪，后级逆变器完成电能的变换，同时针对两级式并网光伏发电系统的系统主要参数的选取，本文给出了详细的分析。其次，从光伏电池的发电原理入手，建立了光伏电池的数学模型，进而分析得出光伏阵列的数学模型，再利用数学模型分析了光伏阵列的外部输出特性，由外部特性得出光伏阵列在一定的温度和光照的条件下存在最大功率点，本文将开路电压法和电导增量法结合使用，实现了最大功率跟踪，并在MATLAB仿真软件中模拟了外部环境发生变化时此方法的跟踪效果。最后，将逆变器的控制分为有功和无功控制的两种控制策略，针对有功控制，本文采取双环的控制策略：电压外环和电流内环。并运用经典控制理论对电压调节器和电流调节器的各参数进行了设计，仿真实验结果表明并网电流谐波畸变率满足了GB/T14549-1993的规定。针对无功控制，将瞬时无功功率理论应用于并网光伏发电系统进行了研究，基于pq算法搭建了谐波与无功电流的实时检测仿真模块，后将其接入并网光伏发电系统模块进行了仿真实验，结果表明，非线性负载无功和谐波电流得到了有效补偿。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究背景与意义
• 1.1.1 不断增长的全球能源需求
• 1.1.2 化石燃料的负面影响
• 1.1.3 光伏发电的优势
• 1.2 光伏发电国内外发展现状
• 1.2.1 国外光伏发电发展现状
• 1.2.2 国内光伏发电发展现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 并网光伏发电系统原理介绍
• 2.1 光伏阵列数学模型及特性
• 2.1.1 太阳能光伏发电原理
• 2.1.2 光伏电池数学模型
• 2.1.3 光伏阵列数学模型及输出特性
• 2.2 并网光伏发电系统的拓扑结构
• 2.2.1 单级式并网光伏发电系统
• 2.2.2 两级式并网光伏发电系统
• 2.2.3 多级式并网光伏发电系统
• 2.3 光伏系统控制策略
• 2.3.1 光伏系统并网控制策略
• 2.3.2 光伏系统最大功率跟踪控制策略
• 2.4 小结
• 第三章 并网光伏系统最大功率跟踪控制
• 3.1 光伏系统参数设计
• 3.1.1 光伏阵列相关数据计算
• 3.1.2 前级Boost变换器参数设计
• 3.1.3 滤波器参数L2设计
• 3.2 最大功率跟踪方法及 MATLAB 仿真实现
• 3.2.1 最大功率跟踪方法
• 3.2.2 最大功率跟踪 MATLAB 仿真
• 3.2.3 仿真结果及分析
• 3.3 小结
• 第四章 光伏系统并网控制
• 4.1 有功功率并网控制
• 4.1.1 电流内环参数设计
• 4.1.2 电压外环参数设计
• 4.1.3 仿真结果及分析
• 4.2 基于瞬时无功功率理论的光伏并网控制
• 4.2.1 系统分析
• 4.2.2 瞬时无功功率理论介绍
• 4.2.3 将无功检测加入并网控制
• 4.2.4 仿真验证及分析
• 4.3 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢
• 附录1 并网光伏发电系统 MATLAB 仿真模型