太陽能光伏發(fā)電控制技術研究

【摘要】： 在能源枯竭與環(huán)境污染問題日益嚴重的今天,太陽能利用成為世界各國爭相發(fā)展的熱點。在太陽能的各種應用中,光伏發(fā)電備受關注。然而,光伏電池的輸出特性具有強烈的非線性,并且受外界環(huán)境因素影響大,所以如何有效的利用太陽能,提高太陽能利用效率,成為太陽能利用中迫切需要解決的一個問題。太陽能光伏并網發(fā)電控制系統(tǒng)的兩個核心部分是光伏陣列的最大功率點跟蹤(MPPT)控制和光伏并網逆變控制。本論文以太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對象,以最大限度利用太陽能為主要目標,展開了光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的理論和實驗研究。具體研究內容可歸納如下: (1)系統(tǒng)地綜述了課題的研究背景,對太陽能光伏發(fā)電技術進行簡單介紹,引出本課題的研究現狀及研究意義。介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理和基本組成,確定了本文的主要研究內容。 (2)對光伏電池的工作原理及工作特性進行介紹,詳細分析了光伏電池工作的等效電路和數學模型,并對日照強度,電池結溫和串聯電阻對光伏電池輸出特性的影響進行了分析;在此基礎上著重介紹了一種可模擬環(huán)境溫度、光照強度、光伏陣列串并聯數等參數的光伏陣列動態(tài)通用仿真模型,解決了以往只針對特定光伏陣列建模的局限性,并給出了仿真結果。 (3)對幾種傳統(tǒng)的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法進行了分析、研究和比較,提出各自的優(yōu)缺點,并對目前國內外常用的其他最大功率跟蹤控制算法進行了系統(tǒng)總結;對最大功率點跟蹤控制的實現策略進行研究,建立了系統(tǒng)各個模塊的仿真模型。比較了實際中應用最廣泛的兩種最大功率跟蹤算法:擾動觀察法和電導增量法的跟蹤性能,并提出一種改進的擾動觀察法,仿真結果表明該方法可有效減少傳統(tǒng)擾動觀察法的誤判功率損失,具有較好的動態(tài)響應速度和穩(wěn)定度。 (4)建立基于SPWM的電壓/電流型并網逆變器控制的數學模型,設計PI控制的參數,分析控制系統(tǒng)的誤差。針對既可獨立運行又可并網運行的單相光伏逆變器,本文采用有效值外環(huán)、瞬時值內環(huán)的控制方法,既保證了逆變器輸出的靜態(tài)誤差為零,又保證了逆變器良好的輸出波形。給出了同時滿足獨立和并網兩種運行模式的輸出濾波器控制結構圖。 【關鍵詞】：太陽能光伏發(fā)電 光伏陣列 最大功率點跟蹤(MPPT) MATLAB仿真 雙環(huán)控制
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-24
• 1.1 課題的研究背景及意義11-14
• 1.1.1 課題研究背景11-12
• 1.1.2 新能源和可再生能源的含義及特點12-13
• 1.1.3 太陽能利用的優(yōu)勢13-14
• 1.2 光伏發(fā)電技術發(fā)展現狀及應用前景14-18
• 1.2.1 國外光伏發(fā)電技術發(fā)展現狀14-16
• 1.2.2 國內光伏技術發(fā)展狀況16-17
• 1.2.3 太陽能光伏發(fā)電應用和發(fā)展前景17-18
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)概述18-23
• 1.3.1 太陽能光伏發(fā)電技術發(fā)展簡介18-20
• 1.3.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成20-21
• 1.3.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類21-23
• 1.4 本文的主要研究內容23-24
• 2 光伏電池模型及仿真研究24-38
• 2.1 光伏電池的工作原理及基本特性24-32
• 2.1.1 光伏電池的工作原理24-25
• 2.1.2 光伏電池的等效電路25-27
• 2.1.3 光伏電池的輸出特性27-29
• 2.1.4 日照強度和結溫對光伏電池輸出特性的影響29-31
• 2.1.5 串聯電阻的影響31-32
• 2.2 光伏陣列的建模及仿真研究32-37
• 2.2.1 光伏陣列的數學模型32-34
• 2.2.2 光伏陣列建模及仿真研究34-37
• 2.3 本章小結37-38
• 3 最大功率點跟蹤控制方法的研究38-55
• 3.1 最大功率點跟蹤的原理38-40
• 3.2 最大功率點跟蹤（MPPT）的研究現狀40-41
• 3.2.1 MPPT 在電力電子技術應用方面的研究狀況40-41
• 3.2.2 MPPT 在控制理論方面的研究狀況41
• 3.3 常用的最大功率點跟蹤控制方法的分析和比較41-54
• 3.3.1 恒壓跟蹤法42-43
• 3.3.2 擾動觀察法43-45
• 3.3.3 電導增量法45-48
• 3.3.4 模糊邏輯控制法48-49
• 3.3.5 其它常用的 MPPT 方法49-54
• 3.4 本章小結54-55
• 4 最大功率跟蹤控制算法的實現55-74
• 4.1 光伏陣列MPPT 控制的實現策略55-58
• 4.2 MPPT 算法仿真結果及分析58-69
• 4.2.1 擾動觀察法的仿真結果58-64
• 4.2.2 電導增量法的仿真結果64-69
• 4.2.3 兩種MPPT 算法仿真結果分析與比較69
• 4.3 一種改進的擾動觀察法69-73
• 4.3.1 改進擾動觀察法的算法原理69-71
• 4.3.2 改進的擾動觀察法的仿真結果71-73
• 4.4 本章小結73-74
• 5 光伏并網逆變器控制策略的研究74-88
• 5.1 光伏并網逆變器的分類75-76
• 5.2 光伏并網逆變器的控制目標76
• 5.3 并網逆變器常用的控制方法76-79
• 5.4 基于 SPWM 的電壓/電流型并網逆變器控制研究79-87
• 5.4.1 控制系統(tǒng)的數學模型79-82
• 5.4.2 PI 參數的設計82-85
• 5.4.3 控制系統(tǒng)的誤差分析85
• 5.4.4 基于SPWM 的電壓/電流型并網逆變器的控制方法85-87
• 5.5 本章小結87-88
• 總結與展望88-90
• 參考文獻90-95
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果95-96
• 致謝96

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