直流母线式独立光伏发电系统协调控制策略的研究

【摘要】：随着全球工业化的快速发展和人口的急剧增长，人类对能源的需求越来越大，这与能源的日益枯竭形成了鲜明的对比。目前，各国纷纷开发以光伏发电为代表的可再生能源来缓解能源危机问题。直流母线式独立光伏发电系统在偏远地区和沿海孤岛上有广阔的应用前景，而合理的控制策略直接关系到整个系统的稳定性和光伏发电的效率。因此，本文以光伏发电系统为研究对象，总结了光伏发电系统的系统架构，并指出课题研究的意义和主要内容，对独立光伏发电系统的协调控制策略进行了深入的研究。 首先，在查阅相关文献的基础上，分析了太阳能光伏电池的发电原理，并建立了工程数学模型，详细分析了其输出特性，同时采用模糊控制算法对光伏发电系统进行最大功率点跟踪控制；其次，分析了蓄电池常规充电法的优缺点，并结合独立光伏发电系统的特殊情况，采用改进的三阶段充电法对蓄电池进行充电控制；然后，针对不同的外界环境和系统的状态，归纳出独立光伏发电系统的不同工作模式，并以此为依据提出了独立光伏发电系统的协调控制策略。最后，通过MATLAB建立整个系统的仿真模型，对提出的协调控制策略进行了仿真研究以验证其合理性和可行性。 【关键词】：光伏发电 MPPT 协调控制 能量管理 控制策略
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 世界能源问题与新能源发电7
• 1.2 光伏发电的特点和意义7-8
• 1.3 光伏发电的发展现状8-9
• 1.4 光伏发电系统的组成9-11
• 1.5 课题的研究内容和意义11
• 1.6 本文主要研究内容11-13
• 第二章 光伏电池输出特性及 MPPT 研究13-28
• 2.1 光伏电池发电原理13
• 2.2 光伏电池的等效电路模型和数学模型13-15
• 2.3 光伏电池的输出特性15-17
• 2.4 独立光伏发电系统的 MPPT 研究17-21
• 2.4.1 光伏电池最大功率跟踪方法研究17-18
• 2.4.2 恒电压控制法18-19
• 2.4.3 扰动观察法19
• 2.4.4 电导增量法19-21
• 2.5 模糊控制在 MPPT 中的可行性分析及实现21-25
• 2.5.1 模糊控制的基本原理22-23
• 2.5.2 模糊控制算法实现 MPPT23
• 2.5.3 模糊控制器的输入、输出量23-24
• 2.5.4 确定输入、输出量的模糊子集、论域以及隶属函数24
• 2.5.5 模糊规则库24-25
• 2.6 扰动观察法与模糊控制算法实现 MPPT 的仿真比较25-27
• 2.7 本章小结27-28
• 第三章 蓄电池充放电控制的研究28-36
• 3.1 影响蓄电池寿命的主要因素28-29
• 3.2 光伏发电系统中蓄电池的特殊性29
• 3.3 蓄电池剩余容量的预测技术29-31
• 3.3.1 测量电导法30
• 3.3.2 安时法30-31
• 3.4 独立光伏发电系统中蓄电池充放电管理研究31-33
• 3.4.1 常见的铅酸蓄电池充电方法31-33
• 3.5 独立光伏发电系统中蓄电池的充放电控制33-35
• 3.5.1 独立光伏发电系统中蓄电池充电控制策略33-34
• 3.5.2 独立光伏发电系统中蓄电池放电控制策略34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第四章 独立光伏发电系统的协调控制36-51
• 4.1 一般独立光伏发电系统的协调控制36-39
• 4.1.1 独立光伏发电系统的一般拓扑结构及其工作原理36-37
• 4.1.2 一般独立光伏发电系统的控制策略37-39
• 4.1.3 一般独立光伏发电系统优缺点分析39
• 4.2 改进的光伏发电系统的结构39-40
• 4.3 独立光伏发电系统工作模式和能量流动的方式40-44
• 4.4 单向 Boost 变换器和双向 Buck/Boost 变换器的控制策略44-50
• 4.4.1 单向 Boost 变换器的恒压输出模式44-45
• 4.4.2 双向变换器工作在 Buck 模式45-49
• 4.4.3 双向变换器工作在 Boost 模式49
• 4.4.4 蓄电池没电时单向变换器和双向变换器的控制策略49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第五章 系统仿真验证51-60
• 5.1 变换器参数的选取51-53
• 5.1.1 单向变换器参数的选取51-52
• 5.1.2 双向变换器参数的选取52-53
• 5.2 系统仿真验证53-59
• 5.2.1 蓄电池不工作模式53-55
• 5.2.2 蓄电池工作在充电模式55-57
• 5.2.3 蓄电池工作在放电模式57-59
• 5.3 本章小结59-60
• 参考文献60-63
• 发表论文和科研情况说明63-64
• 致谢64

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