太阳能光伏发电控制技术研究

【摘要】： 在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,太阳能利用成为世界各国争相发展的热点。在太阳能的各种应用中,光伏发电备受关注。然而,光伏电池的输出特性具有强烈的非线性,并且受外界环境因素影响大,所以如何有效的利用太阳能,提高太阳能利用效率,成为太阳能利用中迫切需要解决的一个问题。太阳能光伏并网发电控制系统的两个核心部分是光伏阵列的最大功率点跟踪(MPPT)控制和光伏并网逆变控制。本论文以太阳能光伏发电系统为研究对象,以最大限度利用太阳能为主要目标,展开了光伏发电控制系统的理论和实验研究。具体研究内容可归纳如下: (1)系统地综述了课题的研究背景,对太阳能光伏发电技术进行简单介绍,引出本课题的研究现状及研究意义。介绍了光伏发电系统的原理和基本组成,确定了本文的主要研究内容。 (2)对光伏电池的工作原理及工作特性进行介绍,详细分析了光伏电池工作的等效电路和数学模型,并对日照强度,电池结温和串联电阻对光伏电池输出特性的影响进行了分析;在此基础上着重介绍了一种可模拟环境温度、光照强度、光伏阵列串并联数等参数的光伏阵列动态通用仿真模型,解决了以往只针对特定光伏阵列建模的局限性,并给出了仿真结果。 (3)对几种传统的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法进行了分析、研究和比较,提出各自的优缺点,并对目前国内外常用的其他最大功率跟踪控制算法进行了系统总结;对最大功率点跟踪控制的实现策略进行研究,建立了系统各个模块的仿真模型。比较了实际中应用最广泛的两种最大功率跟踪算法:扰动观察法和电导增量法的跟踪性能,并提出一种改进的扰动观察法,仿真结果表明该方法可有效减少传统扰动观察法的误判功率损失,具有较好的动态响应速度和稳定度。 (4)建立基于SPWM的电压/电流型并网逆变器控制的数学模型,设计PI控制的参数,分析控制系统的误差。针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器,本文采用有效值外环、瞬时值内环的控制方法,既保证了逆变器输出的静态误差为零,又保证了逆变器良好的输出波形。给出了同时满足独立和并网两种运行模式的输出滤波器控制结构图。 【关键词】：太阳能光伏发电 光伏阵列 最大功率点跟踪(MPPT) MATLAB仿真 双环控制
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 课题的研究背景及意义11-14
• 1.1.1 课题研究背景11-12
• 1.1.2 新能源和可再生能源的含义及特点12-13
• 1.1.3 太阳能利用的优势13-14
• 1.2 光伏发电技术发展现状及应用前景14-18
• 1.2.1 国外光伏发电技术发展现状14-16
• 1.2.2 国内光伏技术发展状况16-17
• 1.2.3 太阳能光伏发电应用和发展前景17-18
• 1.3 光伏发电系统概述18-23
• 1.3.1 太阳能光伏发电技术发展简介18-20
• 1.3.2 光伏发电系统的基本组成20-21
• 1.3.3 光伏发电系统的分类21-23
• 1.4 本文的主要研究内容23-24
• 2 光伏电池模型及仿真研究24-38
• 2.1 光伏电池的工作原理及基本特性24-32
• 2.1.1 光伏电池的工作原理24-25
• 2.1.2 光伏电池的等效电路25-27
• 2.1.3 光伏电池的输出特性27-29
• 2.1.4 日照强度和结温对光伏电池输出特性的影响29-31
• 2.1.5 串联电阻的影响31-32
• 2.2 光伏阵列的建模及仿真研究32-37
• 2.2.1 光伏阵列的数学模型32-34
• 2.2.2 光伏阵列建模及仿真研究34-37
• 2.3 本章小结37-38
• 3 最大功率点跟踪控制方法的研究38-55
• 3.1 最大功率点跟踪的原理38-40
• 3.2 最大功率点跟踪（MPPT）的研究现状40-41
• 3.2.1 MPPT 在电力电子技术应用方面的研究状况40-41
• 3.2.2 MPPT 在控制理论方面的研究状况41
• 3.3 常用的最大功率点跟踪控制方法的分析和比较41-54
• 3.3.1 恒压跟踪法42-43
• 3.3.2 扰动观察法43-45
• 3.3.3 电导增量法45-48
• 3.3.4 模糊逻辑控制法48-49
• 3.3.5 其它常用的 MPPT 方法49-54
• 3.4 本章小结54-55
• 4 最大功率跟踪控制算法的实现55-74
• 4.1 光伏阵列MPPT 控制的实现策略55-58
• 4.2 MPPT 算法仿真结果及分析58-69
• 4.2.1 扰动观察法的仿真结果58-64
• 4.2.2 电导增量法的仿真结果64-69
• 4.2.3 两种MPPT 算法仿真结果分析与比较69
• 4.3 一种改进的扰动观察法69-73
• 4.3.1 改进扰动观察法的算法原理69-71
• 4.3.2 改进的扰动观察法的仿真结果71-73
• 4.4 本章小结73-74
• 5 光伏并网逆变器控制策略的研究74-88
• 5.1 光伏并网逆变器的分类75-76
• 5.2 光伏并网逆变器的控制目标76
• 5.3 并网逆变器常用的控制方法76-79
• 5.4 基于 SPWM 的电压/电流型并网逆变器控制研究79-87
• 5.4.1 控制系统的数学模型79-82
• 5.4.2 PI 参数的设计82-85
• 5.4.3 控制系统的误差分析85
• 5.4.4 基于SPWM 的电压/电流型并网逆变器的控制方法85-87
• 5.5 本章小结87-88
• 总结与展望88-90
• 参考文献90-95
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果95-96
• 致谢96

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