直流集成光伏模块并网系统的研究

【摘要】：根据光伏系统的联接结构,光伏发电系统分为集中式、组串式、模块集成式三类。其中,模块集成式具有能量转化率高、抗阴影能力强、易于扩容与维护等优点,非常适用于中小功率场合,近年来受到研究者们的重视。论文对比研究了直流模块集成式光伏发电系统并联式、旁路式、串联式三种结构,得出串联式结构具有器件电压等级低,效率高等优点。将光伏模块集成的直流变换器拓扑进行对比,得出同极性Buck-Boost电路具有调压范围广、效率较高、结构简单等特点。因此,论文以同极性Buck-Boost直流集成光伏系统串联结构作为研究对象。论文研究了单个直流集成光伏模块Buck-Boost变换器的工作特性,调制方法和参数设计。根据系统运行的不同状态,通过载波重叠的调制方式使得Buck-Boost变换器可以在Buck模式、Boost模式、Buck-Boost模式之间灵活切换。论文重点研究了串并联直流集成光伏系统母线端的输出特性,并给出了关键电压值的数学表达式。研究表明,对于直流集成光伏模块串联,当功率不均衡度a和直流变换器电压变比k满足αkmin/kmax时,必定存在某个母线电压值使得光伏串联系统中所有集成模块都能够工作在最大功率点。对于串并联直流集成光伏系统,其母线端输出则有可能出现多峰值功率特性。为了实现系统的最大功率跟踪,需要对后级逆变器的母线电压进行合理的控制。论文将直流集成光伏系统通过后级逆变器实现并网。为了控制母线电压工作在直流侧的最大功率输出点,论文引入粒子群优化(PSO)算法。算法中粒子的位置设置为母线电压给定值,目标函数为光伏系统输出功率,通过PSO算法的不断优化更新,在解空间内搜索到全局最大功率点。论文搭建了基于Buck-Boost直流集成光伏模块并网发电系统的仿真模块和软硬件实验平台。通过仿真和实验,验证了单个直流集成光伏模块的电压控制、MPPT控制、直流集成模块串并联系统的输出特性、逆变器的母线电压控制、基于PSO算法的母线电压寻优等理论分析和控制方法的正确性和实用性。 【关键词】：光伏发电 Buck-Boost变换器 直流集成光伏模块 PSO算法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题的背景和意义10-11
• 1.3 光伏发电的研究现状11-16
• 1.3.1 光伏产业现状11-12
• 1.3.2 光伏发电系统现状12-16
• 1.4 本文主要内容与章节安排16-17
• 2 直流集成光伏系统研究17-23
• 2.1 直流集成光伏系统的结构17-19
• 2.1.1 并联结构17-18
• 2.1.2 旁路结构18-19
• 2.1.3 串联结构19
• 2.2 直流变换器拓扑的选择19-22
• 2.2.1 部分功率直流变换器20
• 2.2.2 全功率直流变换器20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 3 Buck-Boost集成光伏模块串并联系统的性能分析23-55
• 3.1 Buck-Boost直流集成光伏模块分析24-33
• 3.1.1 拓扑介绍24
• 3.1.2 工作模式24-26
• 3.1.3 参数选择26-28
• 3.1.4 调制方法28-30
• 3.1.5 控制环路设计30-33
• 3.2 MPPT方法选择33-35
• 3.3 串并联系统输出特性分析35-42
• 3.3.1 串联系统输出特性35-40
• 3.3.2 串并联系统输出特性40-42
• 3.4 仿真与实验验证42-54
• 3.4.1 Buck-Boost硬件平台搭建42-43
• 3.4.2 仿真与实验波形43-54
• 3.5 本章小结54-55
• 4 Buck-Boost集成光伏模块串并联系统的并网控制55-82
• 4.1 单相并网逆变器55-61
• 4.1.1 电路拓扑介绍55-56
• 4.1.2 电路参数选择56-58
• 4.1.3 控制方法58-61
• 4.2 系统控制61-65
• 4.2.1 系统启动程序61-62
• 4.2.2 母线寻优的PSO算法62-65
• 4.3 仿真与实验验证65-81
• 4.3.1 逆变器平台搭建65-66
• 4.3.2 仿真与实验波形66-81
• 4.4 本章小结81-82
• 5 总结与展望82-84
• 5.1 全文工作总结82
• 5.2 今后的工作展望82-84
• 致谢84-85
• 作者攻读研究生期间发表的论文85-86
• 参考文献86-90

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