光伏电源模型及其工程简化研究

【摘要】：近年来,光伏发电以其清洁、可再生等优势,在世界范围内得到了快速发展。伴随大量并网光伏发电系统的接入,其对电网的影响日益显著,故亟需对其展开详细的研究,而基础则显然是对其模型的研究。鉴于光伏发电系统详细理论模型结构复杂,仿真计算时需要多次迭代,故若对每个光伏发电系统均采用详细理论模型,可能会产生计算效率低与数值稳定性差等问题。因此,研究光伏发电系统工程简化模型显得尤为必要。本文分别从光伏发电系统内部各环节功能等效的角度与外部电压电流输出特性等效的角度出发,提出了三种工程等效简化模型建模方法:(1)基于功能等效的光伏发电系统工程简化模型(模型Ⅰ)建模方法。将光伏发电系统中的直流部分和逆变器及其控制部分从功能等效的角度进行等效简化。其中,直流部分由光伏阵列及MPPT(最大功率点跟踪)构成,等效简化为最大出力计算模型;逆变器及其控制部分的功能是实现有功无功的解耦控制,等效简化为受控电压源及控制模块。(2)基于函数控制的光伏发电系统工程简化模型(模型Ⅱ)建模方法。通过基于对光伏发电系统的稳态和暂态外特性特性的分析,将动态模型等效转换为一个具有二阶动态电路特性的受控电压源模型。该动态等效模型只需要利用光照强度、温度以及故障信息作为输入量,以获得故障前后的稳态输出电流,并在确定其动态电路的相关参数后完成整个模型的建立。(3)基于电压源模型的光伏发电系统工程简化模型(模型Ⅲ)建模方法。首先根据电网的网络结构与故障信息,计算短路前后光伏发电系统的端口电压与电流,进而求取等效电路的相关参数,最终获得其恒压源串联阻抗形式的等效简化模型。基于Matlab/Simulink平台搭建了光伏发电系统并网仿真模型,其中光伏发电系统模型分别采用了详细理论模型与三种工程等效简化模型。仿真结果表明,简化模型均具有与详细理论模型相似的输出特性,并可有效提高仿真效率,具有良好的工程实用价值。同时,三种模型的性能各有侧重,在进行工程应用时,可根据不同的要求与条件,选取相应的简化模型,以获得最理想的效果。 【关键词】：光伏发电系统 简化模型 功能等效 函数控制 电压源模型
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景和意义10-11
• 1.2 光伏发电系统的研究现状11-14
• 1.2.1 光伏发电技术相关理论研究进展11-13
• 1.2.2 光伏发电技术相关工程研究进展13-14
• 1.3 课题的研究思路14
• 1.4 本文所做的工作14-16
• 第2章 光伏发电系统的详细理论模型16-27
• 2.1 光伏电池数学模型16-17
• 2.2 最大功率点跟踪(MPPT)控制方法17-21
• 2.2.1 恒压法18
• 2.2.2 爬山法18-19
• 2.2.3 扰动观察法19-20
• 2.2.4 电导增量法20-21
• 2.3 逆变器控制策略21-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 光伏发电系统输出特性分析27-36
• 3.1 光伏发电系统稳态输出特性分析27-31
• 3.1.1 电网故障前的稳态外特性27-28
• 3.1.2 电网故障后的稳态外特性28-31
• 3.2 光伏发电系统暂态输出特性分析31-34
• 3.2.1 电流内环31-33
• 3.2.2 电压外环33-34
• 3.3 本章小结34-36
• 第4章 光伏发电系统工程等效模型研究36-45
• 4.1 基于功能等效的光伏发电系统等效简化模型36-39
• 4.1.1 直流系统的简化36
• 4.1.2 逆变系统的简化36-39
• 4.1.3 简化模型设计39
• 4.2 基于函数控制的光伏发电系统等效简化模型39-42
• 4.3 基于电压源模型的光伏发电系统等效简化模型42-44
• 4.3.1 三相短路42
• 4.3.2 两相短路42-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 光伏发电系统等效简化模型仿真分析45-50
• 5.1 不同气象条件下输出电流的对比45-46
• 5.2 动态过程中短路电流的对比46-48
• 5.3 本章小结48-50
• 第6章 结论与展望50-52
• 6.1 主要工作50-51
• 6.2 需要继续进行的研究工作51-52
• 参考文献52-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文59-60
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作60-61
• 致谢61

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