大功率光伏特性模拟电源的研究

【摘要】：随着光伏发电技术的不断进步,光伏逆变器从中、小功率等级逐渐向大功率等级发展。光伏逆变器的MPPT性能直接关系到光伏电站的发电量和投资回报,若采用真实的光伏阵列进行试验,不仅投资大,而且受环境条件的制约,延长了研发周期。因此,有必要研制一种可以模拟光伏阵列输出特性的大功率电源。本文详细阐述了一种基于PWM整流器的光伏模拟电源,研究其控制策略,并通过仿真和实验验证了采用的控制方法的正确性以及所研制的模拟电源的可行性。 首先,为获取光伏阵列特性数据,分析了光伏电池的输出特性。在总结了现有光伏电池数学模型的基础上,针对应用于光伏模拟电源的场合,改进了分段多项式拟合模型,并利用Matlab/GUI建立了人机界面。考虑到部分光照遮挡下光伏阵列输出特点,研究了多峰特性的拟合算法。 其次,围绕光伏模拟电源的控制策略进行研究。介绍了PWTM整流器的工作原理,建立了三相电压型PWM整流器数学模型。分析对比了电网电压定向下光伏模拟电源的三种控制方法,以及虚拟磁链定向下光伏模拟电源的控制方法,并分别通过Matlab仿真进行了分析和研究。 之后,针对基于PWM整流器的光伏模拟电源,直流电压工作范围扩展的控制策略进行了研究。在分析了SVPWM过调制算法的基础上,研究了光伏模拟电源的虚拟弱磁控制策略,通过仿真和实验,验证了算法的正确性。 最后,基于Matlab工具对光伏模拟电源与逆变器互联的MPPT,以及光伏模拟电源多峰特性输出进行了仿真验证。作为对理论和仿真分析的验证,搭建了光伏模拟电源的实验平台进行了大功率实验验证。通过被测光伏逆变器的MPPT等实验,验证了光伏模拟电源的控制策略的有效性和可行性,为今后大功率光伏逆变器的测试设备打下工程应用基础。 【关键词】：光伏阵列 PWM整流器 模拟电源 虚拟弱磁
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 光伏发电的发展现状与前景11-14
• 1.1.1 世界光伏发电发展现状11-13
• 1.1.2 中国光伏发电发展现状13
• 1.1.3 光伏发电发展前景13-14
• 1.2 光伏模拟电源概述14-20
• 1.2.1 光伏模拟电源研究意义14-15
• 1.2.2 光伏模拟电源研究现状15-20
• 1.3 本文的主要内容20-21
• 2 光伏阵列特性研究21-39
• 2.1 光伏电池的输出特性21-23
• 2.1.1 温度特性22
• 2.1.2 光照特性22-23
• 2.1.3 光谱特性23
• 2.2 光伏电池数学模型23-27
• 2.2.1 单二极管模型24
• 2.2.2 双二极管模型24-25
• 2.2.3 工程指数模型25-26
• 2.2.4 多项式拟合模型26-27
• 2.3 光伏阵列建模与仿真27-30
• 2.4 统一分段多项式拟合模型30-35
• 2.4.1 统一分段多项式拟合算法研究31-32
• 2.4.2 仿真与计算分析32-35
• 2.5 光伏阵列多峰特性拟合35-39
• 3 光伏模拟电源工作原理39-55
• 3.1 PWM整流器工作原理39-41
• 3.2 三相电压型PWM整流器数学模型41-44
• 3.2.1 在abc三相静止坐标系下模型41-43
• 3.2.2 在αβ两相静止坐标系下的模型43-44
• 3.2.3 在dq同步旋转坐标系下的模型44
• 3.3 光伏模拟电源控制策略44-55
• 3.3.1 基于电网电压定向矢量控制44-51
• 3.3.2 基于虚拟磁链定向矢量控制51-55
• 4 光伏模拟电源虚拟弱磁控制55-67
• 4.1 SVPWM过调制55-60
• 4.2 虚拟弱磁控制60-67
• 4.2.1 原理分析60-63
• 4.2.2 仿真研究63-64
• 4.2.3 实验验证64-67
• 5 光伏模拟电源仿真及实验67-77
• 5.1 光伏模拟电源仿真分析67-72
• 5.1.1 逆变器MPPT控制67-70
• 5.1.2 光伏阵列多峰特性模拟70-72
• 5.2 大功率实验平台及实验72-77
• 5.2.1 实验平台介绍72-73
• 5.2.2 实验验证73-77
• 6 结论77-79
• 参考文献79-83
• 附录83-85
• 作者简历85-89
• 学位论文数据集89

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