太阳能光伏微电网系统的运行与控制研究

【摘要】：随着经济的发展和社会的进步,人们对电能的需求越来越大。目前,电力系统的发展面临着两大考验：一是能源问题；二是模式问题。过去几十年里,集中式大电网供电系统是电力供应的主要渠道,然而它运行成本高、运行难度大,越来越难以满足用户对供电安全性和可靠性的要求。同时,火力发电带来了传统化石能源的大量消耗,引发了全球变暖等一系列环境问题,影响了人类健康。因此,寻找可以替代化石能源的可再生能源就成为亟待解决的问题。太阳能分布广,储量大,且可就地取用,很适合发展分布式发电,因此成为可再生能源发电的重要发展方向。而微电网就是一种独立性很强的分布式发电网络,它能够克服太阳能分散广、随机性大、密度低等缺点,可以靠近本地负荷进行建设,不需要远距离高压或超高压输电,减少线损、节省配电建设投资和运行费用。因此,将光伏发电单元大量应用于微网具有十分重要的现实意义。鉴于此,本文主要进行了以下研究： 首先,本文研究了光伏电池的基本原理、等效电路、数学物理模型和工作特性,分析得出光伏电池的U-I特性曲线和U-P特性曲线,并利用数学函数MATLAB进行仿真验证理论分析是否正确。 其次,本文通过研究三种不同光伏发电系统的网络拓扑结构,给出市区某学校的学生宿舍太阳能光伏发电微电网系统的总体框架。而后将根据技术指标,提出切实可行的太阳能光伏电池和蓄电池等参数的计算方案。 第三,针对太阳能电池的随机性、波动性大等特点,本文研究了光伏阵列最大功率点跟踪的原理,分析了三种常用的最大功率跟踪方法,并对扰动观测法进行了深入研究。利用MATLAB软件对定步长的扰动观测法进行了仿真,并进一步探寻扰动观测法的参数选择对跟踪效果的影响。 第四,分析微电网的运行方式,并结合微电网运行的控制目标,提出光伏交直流型微电网拓扑结构。针对以上系统在离、并网两种模式下的工作特点,详细阐述由离网转并网和并网转离网的切换控制流程、切换的条件、接口逆变器控制方式的转换情况。同时,构建了适合于离并网两种工作模式的蓄电池单元的拓扑结构,且针对离、并网不同的工作模式提出完备的蓄电池储能模块控制策略。 【关键词】：微电网 光伏发电系统 最大功率跟踪 离并网控制策略 储能控制策略
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 课题研究背景及意义14-18
• 1.2 课题研究现状及前景18-21
• 1.2.1 太阳能光伏发电现状与发展18-19
• 1.2.2 微电网技术现状与发展19-20
• 1.2.3 微电网光伏发电技术的研究现状20-21
• 1.3 论文主要工作21-22
• 第2章 光伏发电控制系统的建模与仿真22-36
• 2.1 太阳能光伏电池的原理及模型22-26
• 2.1.1 光伏电池的工作原理22-23
• 2.1.2 光伏电池的等效电路23-25
• 2.1.3 光伏电池的数学物理模型25-26
• 2.2 太阳能光伏电池工作特性及仿真26-31
• 2.2.1 光伏电池的光照特性26-27
• 2.2.2 光伏电池的温度特性27-28
• 2.2.3 光伏电池数学物理模型的修正28-29
• 2.2.4 光伏电池的分类29-30
• 2.2.5 硅光伏电池在MATLAB下的仿真30-31
• 2.3 光伏系统的组成31-36
• 2.3.1 独立型光伏发电系统32
• 2.3.2 并网型光伏发电系统32-36
• 第3章 太阳能光伏微电网系统的建模36-44
• 3.1 微电网及其典型结构36-37
• 3.2 光伏发电微电网系统实例分析37-44
• 3.2.1 太阳能电池组件及方阵计算方法38-41
• 3.2.2 蓄电池及蓄电池组计算方法41
• 3.2.3 太阳能路灯计算方法41-44
• 第4章 光伏发电最大功率跟踪技术及仿真44-62
• 4.1 最大功率跟踪基本原理44-45
• 4.2 最大功率跟踪常用控制方法45-48
• 4.2.1 恒定电压法45-46
• 4.2.2 电导增量法46-47
• 4.2.3 扰动观测法47-48
• 4.3 DC-DC变换器48-49
• 4.4 扰动观测法在MATLAB中的仿真49-62
• 4.4.1 扰动观测法的分类49-51
• 4.4.2 扰动观测法的控制参数选择51-52
• 4.4.3 扰动观测法的适用对象52-53
• 4.4.4 定步长扰动观测法的仿真53-59
• 4.4.5 参数选择对最大功率跟踪效果的影响分析59-62
• 第5章 光伏交直流微电网系统控制策略62-75
• 5.1 光伏交直流微电网的基本构成62-63
• 5.2 微电网控制目标和基本控制策略63-65
• 5.2.1 微电网运行方式及特点63-64
• 5.2.2 微电网主要控制目标64
• 5.2.3 微电网基本控制策略64-65
• 5.3 光伏交直流微电网系统并离网控制策略65-69
• 5.3.1 微电网由离网转并网的控制策略66-67
• 5.3.2 微电网由并网转离网的控制策略67-69
• 5.4 光伏交直流微电网系统储能控制策略69-75
• 5.4.1 蓄电池储能单元拓扑结构70
• 5.4.2 离网模式下蓄电池储能模块控制策略70-73
• 5.4.3 并网模式下蓄电池储能模块控制策略73-75
• 第6章 结论与展望75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 学位论文谇阅及答辩情况表82

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