基于RT-LAB的光伏发电实时仿真系统研究

【摘要】： 光伏发电作为清洁可再生能源正在快速发展,相关问题的研究也在不断深入。在室内研究光伏发电系统,尤其是大功率的光伏发电系统时,若采用真实的光伏电池进行实验研究,很容易受光照、温度等自然环境和现场条件的限制。针对这一问题,本文利用先进的实时仿真软件,搭建了半实物仿真平台,并对单级式光伏发电系统进行了实时仿真建模和分析。 论文首先概述了国内外光伏发电发展现状,阐述了研究光伏发电实时仿真系统的必要性。随后,建立了光伏模拟器的数学模型和控制器模型。利用传递函数和波特图对控制器参数进行理论分析,并对控制器的参数进行优化。通过软件仿真和实验,将理论得到的控制器参数和经验获得的PI控制参数进行实验对比。实验结果证明,用频率特性法进行控制参数设计更加合理。 然后,利用RT-LAB实时仿真平台,结合DSP控制器以及光伏模拟器硬件,分别建立硬件在回路模型和快速控制模型,并将实验结果分别与MATLAB仿真的结果进行对比分析。实验证明,该模拟器的工作特性与所模拟的光伏电池输出特性相吻合,并能够动态模拟负载小范围变化的工作情况。 最后,本文利用光伏模拟器代替传统的光伏电池,建立了单级式光伏并网发电系统,在RT-LAB仿真平台中搭建实时仿真模型,对系统进行了仿真研究。该实验平台不仅克服了实物系统受光照与温度现实条件的限制,同时可以兼顾硬件环境对实验的影响,弥补了全数字仿真的不足,为室内进行大功率光伏发电系统的实验研究提供了一个良好的平台。 【关键词】：光伏模拟器 参数优化 状态空间平均法 Buck电路 单级式光伏并网系统 RT-LAB 实时仿真
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 前言10-22
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.1.1 世界太阳能的发展趋势10-11
• 1.1.2 我国太阳能的发展趋势11-12
• 1.2 光伏发电概述12-15
• 1.2.1 光伏模拟器发展现状12-14
• 1.2.2 光伏并网发电的研究现状14-15
• 1.3 实时仿真系统的介绍15-19
• 1.3.1 半实物实时仿真15-17
• 1.3.2 RT-LAB实时仿真系统简介17-19
• 1.4 论文主要内容和结构19-22
• 2 光伏电池模拟器的系统工作原理22-34
• 2.1 光伏电池的输出特性和工作原理22-26
• 2.1.1 光伏电池输出特性22-24
• 2.1.2 光伏电池工作原理24-26
• 2.2 光伏电池的数学模型26-28
• 2.2.1 光伏电池工程用的Ⅰ-Ⅴ方程26-28
• 2.3 光伏电池模拟器的控制系统设计28-30
• 2.3.1 光伏电池模拟器系统结构28-29
• 2.3.2 光伏电池模拟器控制原理29-30
• 2.4 光伏模拟器电路元件参数的选择30-33
• 2.4.1 主电路总体设计30
• 2.4.2 电感和电容的设计30-33
• 2.5 本章总结33-34
• 3 光伏模拟器控制器参数的优化设计34-48
• 3.1 光伏模拟器传递函数的推导34-37
• 3.1.1 主电路传递函数的推导34-36
• 3.1.2 调制器平均模型推导36-37
• 3.2 控制器参数设计37-42
• 3.2.1 基本原理37-39
• 3.2.2 根据波特图判定稳定性39-42
• 3.3 仿真及硬件实验结果分析42-46
• 3.3.1 MATLAB仿真结果42-44
• 3.3.2 硬件实验结果44-46
• 3.4 本章小结46-48
• 4 基于RT-LAB的光伏模拟器半实物实时仿真48-62
• 4.1 光伏模拟器的硬件在回路模型48-55
• 4.1.1 硬件在回路建模48-53
• 4.1.2 实验分析53-55
• 4.2 快速控制模型55-60
• 4.2.1 快速控制模型建模55-57
• 4.2.2 实验分析57-60
• 4.3 本章小结60-62
• 5 基于光伏模拟器的单级式光伏发电系统62-70
• 5.1 单级式光伏发电系统结构62-63
• 5.1.1 光伏发电系统电路拓扑介绍62-63
• 5.2 单级式光伏逆变系统的控制策略63-66
• 5.2.1 最大功率跟踪控制策略63-65
• 5.2.2 并网控制策略65-66
• 5.3 单级式光伏发电实时系统建模66-69
• 5.3.1 实时仿真建模66-67
• 5.3.2 实时仿真结果与分析67-69
• 5.4 本章总结69-70
• 6 结论70-72
• 6.1 全文总结70
• 6.2 工作展望70-72
• 参考文献72-76
• 作者简历76-80
• 学位论文数据集80

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