光伏陣列功率優(yōu)化并網(wǎng)控制

【摘要】：隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源供應(yīng)和環(huán)境壓力日益嚴峻，開發(fā)利用新能源成為了解決能源問題的突破口，而太陽能是一種具有資源廣泛、易獲取、無污染等優(yōu)點的新能源，日益得到人們的廣泛關(guān)注。光伏發(fā)電是利用太陽能的主要形式，優(yōu)化光伏系統(tǒng)和提高光伏發(fā)電效率，是光伏領(lǐng)域里的研究熱點。本文以光伏陣列功率優(yōu)化問題為研究對象，主要研究內(nèi)容為光伏陣列建模和功率特性分析、光伏陣列功率優(yōu)化、光伏系統(tǒng)并網(wǎng)控制、光伏并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計等，并基于理論研究和仿真分析，研制了光伏實驗平臺。 本文首先介紹光伏電池基本模型，分析了光伏電池的基本電氣特性和光伏組件的功率失配特性，建立了光伏支路和陣列模型，詳細分析了局部陰影條件下的光伏支路和陣列的功率特性，得出局部陰影條件下的光伏陣列特性復(fù)雜化、呈現(xiàn)多峰等特點結(jié)論。對常規(guī)的幾種最大功率點追蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）方法進行了簡單介紹，指出常規(guī)MPPT方法在光伏陣列局部陰影條件下容易失效，無法追蹤到全局最大功率點（Global Maximum Power Point，GP），并介紹了幾種局部陰影條件下的全局最大功率點追蹤（Global Maximum Power PointTracking，GMPPT）方法，為光伏陣列的功率優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。 結(jié)合對光伏陣列支路功率特性的分析，提出了一種基于支路串聯(lián)電壓源的光伏陣列功率優(yōu)化設(shè)計方法，通過對陣列支路串聯(lián)電壓源，使得每條支路都運行在最大功率點（Maximum Power Point，MPP），達到光伏陣列的最大功率輸出。與其它GMPPT方法進行了對比仿真，并進行了實驗驗證，該優(yōu)化設(shè)計方法進一步提高了陣列輸出功率，方法簡單，適用于串并聯(lián)型光伏陣列，具有實際參考價值。 介紹了幾種光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，詳細分析了Boost直流變換器的原理和參數(shù)設(shè)計方法，分析了常見的逆變器輸出電流控制和閉環(huán)控制方法，建立了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)模型，仿真驗證了閉環(huán)控制的正確性，對實驗平臺的研制具有參考價值。 最后本文設(shè)計了2kW的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)實驗平臺，主要包括系統(tǒng)主電路的參數(shù)設(shè)計、電感的制作、采樣電路和驅(qū)動電路的設(shè)計等，接著對PCB板的設(shè)計過程進行了總結(jié)，然后給出了系統(tǒng)的軟件主程序、中斷程序和AD子程序流程圖，最后對實驗結(jié)果進行了分析。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 光伏陣列 局部陰影 功率優(yōu)化 最大功率跟蹤 并網(wǎng)控制
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 研究背景及意義11-16
• 1.1.1 太陽能與光伏發(fā)電11-14
• 1.1.2 光伏發(fā)電研究意義14-16
• 1.2 光伏發(fā)電功率優(yōu)化研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 光伏陣列優(yōu)化16
• 1.2.2 MPPT 研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 逆變器與控制18
• 1.2.4 光伏系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計18-19
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排19-20
• 第2章 光伏陣列功率特性研究20-36
• 2.1 光伏電池與光伏模型20-25
• 2.1.1 單體電池模型20-22
• 2.1.2 光伏支路與陣列模型22-25
• 2.2 光伏陣列功率分析25-27
• 2.3 常規(guī)最大功率追蹤方法27-29
• 2.3.1 MPPT 調(diào)整特性27
• 2.3.2 MPPT 原理27-28
• 2.3.3 常規(guī) MPPT 介紹28-29
• 2.4 局部陰影條件下的最大功率追蹤29-35
• 2.4.1 局部陰影條件下的光伏陣列特性29-32
• 2.4.2 局部陰影條件下的光伏陣列最大功率追蹤32-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第3章 光伏支路功率補償控制方法36-47
• 3.1 支路電壓補償原理36-38
• 3.2 串聯(lián)電壓的實現(xiàn)方法38-41
• 3.3 仿真與實驗結(jié)果41-45
• 3.3.1 仿真對比41-43
• 3.3.2 補償后陣列輸出特性43
• 3.3.3 支路電壓補償43-44
• 3.3.4 實驗與分析44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第4章 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)與控制47-59
• 4.1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)與并網(wǎng)原理47-51
• 4.1.1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)47-48
• 4.1.2 DC/DC 變換器48-50
• 4.1.3 光伏逆變器50-51
• 4.1.4 并網(wǎng)原理51
• 4.2 并網(wǎng)控制策略51-55
• 4.2.1 電流控制方式51-53
• 4.2.2 并網(wǎng)系統(tǒng)閉環(huán)控制方式53-55
• 4.3 并網(wǎng)仿真算例55-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第5章 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)實驗平臺的研制59-74
• 5.1 實驗平臺結(jié)構(gòu)59-61
• 5.1.1 光伏系統(tǒng)實驗平臺59-60
• 5.1.2 DSP 芯片介紹60-61
• 5.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計61-67
• 5.2.1 主電路參數(shù)設(shè)計61-62
• 5.2.2 電感設(shè)計62-64
• 5.2.3 采樣和驅(qū)動電路設(shè)計64-66
• 5.2.4 PCB 板設(shè)計66-67
• 5.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計67-70
• 5.3.1 DSP 端口配置67-68
• 5.3.2 系統(tǒng)流程圖68-70
• 5.4 實驗結(jié)果70-73
• 5.4.1 死區(qū)電路測試71-72
• 5.4.2 電網(wǎng)過零測試72
• 5.4.3 開環(huán)測試72-73
• 5.4.4 閉環(huán)測試73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻76-82
• 致謝82-83
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果83

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