光伏发电系统建模及其应用研究

【摘要】：伴随化石能源枯竭和环境污染加重,大力开发与利用新能源势在必行,太阳能作为新能源的重要组成部分得到广泛应用。光伏发电系统模型是电力系统规划、稳定分析与控制等应用领域的研究基础,本文针对并网光伏发电系统建模方法及其应用展开研究,主要工作如下:光伏发电并网系统作为独立单元并入电网,其建模思路应与传统旋转磁场建模具有相似性。本文针对单级式三相并网光伏发电系统,将整个系统电路划分为直流部分和交流部分,旨在建模过程中实现PQ功率解耦,建立光伏系统综合静态模型。对于直流部分,采用数学上导数求极值的方法,考虑了MPPT控制,在深入研究和分析经典光伏电池数学模型的基础上,建立了光伏发电系统有功输出模型;对于交流部分,采用状态空间平均方法,考虑了电感电容功率传输特性及逆变器自身的开关特性,建立了光伏发电系统无功输出模型;综合光伏发电系统有功输出和无功输出模型,并讨论了该模型的限制约束条件。搭建经典单级三相光伏并网系统仿真模型,通过仿真模型的输出的曲线与所建模型的计算数据进行比较,验证了所建模型的准确性。在应用方面,将光伏发电系统综合模型与传统同步发电机进行对比,说明了两类模型具有一定的相似性,因此能将传统电力网络的分析理论和算法运用到含光伏发电系统的分析中。将所建模型融入到电力系统的潮流计算中。在并网的条件下,通过IEEE14节点潮流计算,并分析了在负荷侧并入光伏源后供电网络功率分配规律和网损的变化情况,说明了光伏发电系统并入电网后有益于优化电网结构,降低网络损耗。 【关键词】：光伏发电并网系统 MPPT控制 潮流计算 综合模型 状态空间平均法
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究的背景与意义9-10
• 1.1.1 能源利用状况9
• 1.1.2 课题的研究意义9-10
• 1.2 太阳能并网系统的结构10-11
• 1.3 太阳能并网系统建模的一般思路11
• 1.4 太阳能并网系统模型的国内外发展研究状况11-15
• 1.4.1 太阳能并网系统模型的分类研究11-13
• 1.4.2 太阳能并网系统模型在电力系统中的应用研究13-15
• 1.5 本文研究内容15-17
• 2 光伏电池模型及其特性研究17-26
• 2.1 光伏电池的基本原理和等效电路分析17-20
• 2.1.1 太阳能电池的基本原理17-18
• 2.1.2 光伏电池的物理近似等效电路及其对应的数学模型18-19
• 2.1.3 太阳能电池简化模型19-20
• 2.2 电池的仿真与输出特性的分析20-25
• 2.2.1 光伏电池在Matlab/SIMUlink环境下的仿真模型20-23
• 2.2.2 影响光伏电池输出特性的主要因素23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 太阳能并网系统的直流部分模型建立26-33
• 3.1 MPPT算法建模26-30
• 3.1.1 MPPT的基本原理26
• 3.1.2 最大功率跟踪算法26-30
• 3.2 MPPT算法等效模型的建立30-31
• 3.2.1 MPPT模型的建立30-31
• 3.2.2 MPPT模型仿真模型31
• 3.3 建立光伏发电系统有功功率的数学模型31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 4 太阳能并网系统的交流部分模型建立33-41
• 4.1 状态空间平均法原理33-34
• 4.2 太阳能并网系统交流部分的结构及关键元件的介绍34-38
• 4.2.1 交流部分结构34-35
• 4.2.2 DC/AC转换器并网控制方式研究35
• 4.2.3 并网型DC/AC转换电路的状态空间数学模型的构建35-38
• 4.3 并网型光伏系统的无功功率数学模型的建立38-40
• 4.3.1 并网型光伏系统控制变量参数的求解38-40
• 4.3.2 并网型光伏系统的无功功率数学模型的建立40
• 4.4 本章小结40-41
• 5 太阳能并网系统综合模型的验证与应用41-50
• 5.1 有关太阳能并网系统综合模型的讨论41-42
• 5.1.1 太阳能并网系统综合模型建立与相关约束条件41-42
• 5.1.2 太阳能并网系统综合模型与传统同步发电机模型的比较42
• 5.2 太阳能并网系统模型仿真验证42-46
• 5.2.1 太阳能并网系统直流部分的仿真与验证42-44
• 5.2.2 太阳能并网系统仿真系统并网波形的验证44
• 5.2.3 太阳能并网系统输出有功输出与无功输出值的验证44-46
• 5.3 太阳能并网系统综合模型的应用46-49
• 5.4 本章小结49-50
• 6 结论50-51
• 参考文献51-54
• 攻读硕士期间发表学术论文情况54-55
• 致谢55-56
• 附录 关于IEEE 14节点参数说明56-57

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