光伏系統(tǒng)的分布式優(yōu)化研究

【摘要】：在不同的光照和溫度條件下，每塊太陽能電池都有著在當(dāng)前環(huán)境下的最大功率點，即具有自己的最佳工作電壓和電流。當(dāng)移動的云彩、樹木或其他投射物的陰影遮擋住太陽能電池板串列中的某一塊或某幾塊時，被遮擋的太陽能電池板的最大功率點將會發(fā)生變化，即輸出的工作電壓和電流發(fā)生變化。由于串聯(lián)支路電流相等，故發(fā)生陰影遮擋時，同一串列的太陽能電池板的工作電流將取決于被遮蔽的太陽能電池板的最小輸出電流，導(dǎo)致整個光伏系統(tǒng)的工作電流減小以及該遮蔽串列的輸出電能大幅降低。這種部分遮蔽導(dǎo)致的失配對系統(tǒng)發(fā)電量的影響很難通過簡單的公式計算來獲得，因為光伏系統(tǒng)發(fā)電量受到很多的因素影響，如內(nèi)部電池模塊間互連、模塊定向、光伏電池組間的串并聯(lián)以及逆變器的配置問題等。 為了解決上述問題，本文通過對分布式的光伏發(fā)電系統(tǒng)進行研究，為每一塊太陽能電池配置一個光伏功率優(yōu)化器，功率優(yōu)化器內(nèi)含最大功率點跟蹤算法，可以利用分布式電路調(diào)整每一塊太陽能電池板輸出的電壓和電流，并將其轉(zhuǎn)換為最理想的一組輸出電壓及電流，直至該光伏串列全部取得平衡，避免了系統(tǒng)的失配并提高了每一塊太陽能電池板的輸出電能。 本文針對如何提高光伏發(fā)電系統(tǒng)效率從多方面進行了分析和研究，首先分析研究了太陽能電池輸出特性導(dǎo)致光伏系統(tǒng)發(fā)電量降低的原因、DC-DC變換器工作原理及其實現(xiàn)阻抗匹配的過程、采用分布式最大功率跟蹤控制的必要性等，著重研究了分布式光伏系統(tǒng)的架構(gòu)和分布式系統(tǒng)控制策略，接著設(shè)計了光伏功率優(yōu)化器系統(tǒng)，包括硬件電路以及部分控制軟件的設(shè)計、傳統(tǒng)DC-DC變換器與采用同步整流技術(shù)后效率的比較以及影響變換器效率的參數(shù)選取等，并在Matlab/Simulink下搭建了光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真模型，對上述研究內(nèi)容進行了仿真實驗并給出了驗證結(jié)果，同時對仿真結(jié)果進行了分析。 最后設(shè)計了一臺試驗樣機，完成了硬件電路和控制軟件調(diào)試，給出了實驗驗證波形，并達到了預(yù)期的設(shè)計要求。 【關(guān)鍵詞】：太陽能電池 部分遮擋 分布式光伏發(fā)電 功率優(yōu)化器 最大功率點跟蹤
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 全球所面臨的能源危機與環(huán)境問題8
• 1.2 太陽能光伏技術(shù)發(fā)展及前景8-9
• 1.3 太陽能光伏技術(shù)所面臨的問題9-10
• 1.4 太陽能電源管理國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.5 本文的主要工作11-12
• 第二章 太陽能電池及其輸出特性12-20
• 2.1 太陽電池工作原理12
• 2.2 光伏電池的種類12-13
• 2.3 太陽能電池板特性13-18
• 2.3.1 太陽能電池的數(shù)學(xué)模型13-14
• 2.3.2 太陽能電池工作特性的仿真14-17
• 2.3.3 太陽能電池遮蔽實驗仿真17-18
• 2.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本組成18-19
• 2.5 本章小結(jié)19-20
• 第三章 DC-DC 變換器20-26
• 3.1 DC-DC 變換器及其分類20
• 3.2 升壓式(Boost)DC-DC 變換電路20-22
• 3.3 降壓式(Buck)DC-DC 變換電路22-23
• 3.4 升/降壓（Buck-Boost)DC-DC 變換電路23-24
• 3.5 本章小結(jié)24-26
• 第四章 太陽能最大功率跟蹤的研究26-36
• 4.1 最大功率跟蹤原理26-27
• 4.2 Boost 和 Buck 變換器實現(xiàn)阻抗匹配27-28
• 4.2.1 Boost 變換器實現(xiàn)阻抗匹配原理27
• 4.2.2 Buck 變換器實現(xiàn)阻抗匹配原理27-28
• 4.3 MPPT 算法的比較研究28-35
• 4.3.1 恒定電壓法（CVT）29
• 4.3.2 擾動觀測法(P&O)29-31
• 4.3.3 增量電導(dǎo)法(IncCond)31-33
• 4.3.4 滯環(huán)比較法33-35
• 4.3.5 其他 MPPT 算法35
• 4.4 本章小結(jié)35-36
• 第五章 分布式光伏系統(tǒng)功率優(yōu)化的研究36-42
• 5.1 太陽能光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)36-39
• 5.1.1 集中型結(jié)構(gòu)36-37
• 5.1.2 串型結(jié)構(gòu)37
• 5.1.3 交流模塊結(jié)構(gòu)37-38
• 5.1.4 分布式串聯(lián)型結(jié)構(gòu)38
• 5.1.5 分布式并聯(lián)型結(jié)構(gòu)38-39
• 5.2 分布式優(yōu)化器工作過程39-41
• 5.2.1 Boost 變換器功率優(yōu)化過程分析39-41
• 5.2.2 Buck 變換器功率優(yōu)化過程分析41
• 5.2.3 Buck-Boost 變換器功率優(yōu)化過程分析41
• 5.3 本章小結(jié)41-42
• 第六章 分布式功率優(yōu)化器系統(tǒng)設(shè)計42-54
• 6.1 功率優(yōu)化器結(jié)構(gòu)框圖42
• 6.2 DC-DC 變換器的設(shè)計42-44
• 6.3 DC-DC 變換器參數(shù)選取44-45
• 6.3.1 電感 L1、輸入電容 Cin、輸出電容 Cout 的選取44
• 6.3.2 變換器開關(guān)管的選取44-45
• 6.3.3 旁通開關(guān)管 Q5A/B 選擇45
• 6.3.4 旁路二極管的選取45
• 6.4 MOSFET 的驅(qū)動45-47
• 6.5 控制電路47-51
• 6.5.1 系統(tǒng)數(shù)字控制部分電路設(shè)計47-48
• 6.5.2 輔助電源電路48-49
• 6.5.3 采樣與濾波電路49-50
• 6.5.4 溫度檢測電路50
• 6.5.5 通信電路設(shè)計50-51
• 6.6 本系統(tǒng)采用的 MPPT 算法研究51-53
• 6.6.1 MPPT 的最佳控制變量選取研究51-52
• 6.6.2 改進型 MPPT 算法52-53
• 6.7 本章小結(jié)53-54
• 第七章 太陽能功率優(yōu)化器仿真結(jié)果與樣機測試54-62
• 7.1 光伏系統(tǒng)的 Matlab/Simulink 仿真分析54-55
• 7.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)選取對優(yōu)化器效率影響的研究55-56
• 7.3 直流電源串聯(lián)電阻模擬太陽能電池仿真56-58
• 7.4 樣機測試結(jié)果58-60
• 7.5 本章小結(jié)60-62
• 主要結(jié)論與展望62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-66
• 附錄 A: 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文66-67
• 附錄 B: 功率優(yōu)化器原理總圖和 PCB67-68

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