并网型太阳能光伏发电系统研究

【摘要】：全球化石能源日益消耗,能源供给状况日趋紧张,世界各国不得不加紧寻找替代能源和大力开发节能技术。而储量丰富、清洁的太阳能,无疑是化石能源理想的可持续替代能源；光伏发电作为太阳能的主要利用途径,能够有效缓解化石能源供给紧张的的现状。光伏发电系统并入常规电网,与之共同承担发供电任务,即形成并网光伏发电系统。相对于独立光伏发电,拥有诸多优点的并网光伏发电,受到了各国极力的推崇和大力的发展。因此,并网光伏发电系统也就成为全球绿色新能源领域的研究热点。 本文主要基于Matlab/Simulink仿真平台,研究两级式并网光伏发电系统的最大功率跟踪、并网控制及反孤岛效应等关键技术,并在此基础上,分析影响其电能质量的因素。 首先,研究分析光伏电池的基本原理与等效模型,搭建其仿真模型,仿真分析其在不同光照强度与温度下的输出特性；对DC-DC变换电路原理及其优、缺点进行了研究分析,选择Boost升压电路实现最大功率点跟踪；对几种常用最大功率点的跟踪控制算法进行详细分析,分别利用扰动观察法、电导增量法仿真实现最大功率点跟踪,对仿真结果作对比分析,结果证明电导增量法功率跟踪性能要优于扰动观察法。 其次,研究光伏并网逆变器的拓扑结构与控制策略,搭建并网逆变器输出级仿真模型,利用滞环电流比较法实现并网电流对电网电压的追踪与单位功率因数并网。 再者,对孤岛效应的原理与常用的检测方法进行分析,详细分析主动频移(AFD)检测算法及正反馈主动频移法(AFDPF)的检测盲区,并利用S-Function函数编写孤岛检测程序,搭建并网光伏发电系统仿真模型,验证AFD、AFDPF以及改进的正反馈主动频移法进行孤岛检测的有效性,并对仿真结果进行对比分析,证明改进的正反馈主动频移法具有更好的检测效果。 最后,在前文分析与仿真的基础上,对并网光伏发电系统的DC-DC模块、DC-AC模块以及孤岛检测各部分对系统电能质量产生影响的因素进行研究分析,给出各个参数值和控制方法对电能质量的具体影响,为系统各部分选择合理的参数值和控制方法提供依据。 【关键词】：光伏电池 最大功率跟踪 并网控制 孤岛检测 电能质量
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的背景及意义11-13
• 1.2 国内外应用现状与前景13-14
• 1.3 并网光伏发电系统的分类14-15
• 1.4 并网光伏发电的关键技术15-16
• 1.5 课题的国内外研究现状16-17
• 1.6 本论文主要研究工作17-19
• 第2章 光伏发电及最大功率点跟踪建模与仿真19-36
• 2.1 太阳能光伏电池的建模与仿真19-23
• 2.1.1 基本原理19
• 2.1.2 数学模型19-21
• 2.1.3 Matlab/Simulink建模21-22
• 2.1.4 输出特性仿真分析22-23
• 2.2 DC-DC变换器选择与设计23-28
• 2.2.1 常用的DC-DC变换电路原理分析24-27
• 2.2.2 Boost电路主要参数设计27-28
• 2.3 最大功率点跟踪算法研究28-31
• 2.3.1 恒电压跟踪法28-29
• 2.3.2 扰动观察法29-30
• 2.3.3 电导增量法30-31
• 2.4 仿真分析31-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 并网逆变器及其控制研究36-47
• 3.1 并网逆变器控制目标36
• 3.2 并网逆变器的分类36-39
• 3.2.1 按输入方式36-37
• 3.2.2 按输出控制方式37-38
• 3.2.3 按拓扑结构38-39
• 3.3 并网逆变器的控制策略39-43
• 3.3.1 电流跟踪控制方式39-42
• 3.3.2 电压电流双环控制42-43
• 3.4 并网逆变器输出级仿真分析43-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 并网光伏发电系统孤岛现象及检测方法研究47-63
• 4.1 孤岛效应及检测标准47-49
• 4.1.1 孤岛效应产生的原因及后果47-48
• 4.1.2 孤岛效应的检测标准48-49
• 4.2 常用的孤岛效应检测方法49-51
• 4.2.1 被动式检测方法50-51
• 4.2.2 主动式检测方法51
• 4.3 主动频率偏移法51-56
• 4.3.1 原理分析51-54
• 4.3.2 盲区分析54-56
• 4.4 主动频移法的仿真与验证56-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 并网光伏发电系统电能质量分析63-71
• 5.1 DC-DC变换模块对电能质量的影响63-67
• 5.1.1 Boost升压电路对电能质量的影响63-65
• 5.1.2 最大功率点跟踪算法对电能质量的影响65-67
• 5.2 并网逆变器对电能质量影响因素分析67-68
• 5.2.1 并网逆变电路参数取值对电能质量的影响67-68
• 5.2.2 并网逆变控制环节对电能质量的影响68
• 5.3 其他对电能质量影响的因素68-70
• 5.3.1 直流侧电压68-69
• 5.3.2 电网电压幅值与频率69
• 5.3.3 孤岛检测算法69-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论与展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间发表论文77

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