独立/并网光伏发电系统设计研究

【摘要】：随着社会经济的发展和人类生活水平的不断提高,对能源的需求越来越大,传统化石能源储量有限,而且在应用过程中会造成严重的环境污染。因此,对绿色可再生能源的发展利用意义重大。可再生能源中的太阳能资源是取之不尽,用之不竭的,因此,大力发展光伏发电技术和产业是解决能源危机的趋势。本文以独立/并网光伏发电系统为研究对象,主要对光伏发电系统MPPT控制、运行控制策略和无缝切换控制策略的理论和仿真进行研究。光伏电池的研究是光伏发电系统研究中的基石。本文在光伏电池的物理数学模型的基础上,运用Matlab/Simulink建立基于M函数的光伏阵列仿真模型,为实现系统仿真、指导理论研究和系统设计提供了基础保证。最大功率点跟踪算法对提高系统光伏发电系统的效率具有关键作用。本文在Boost变换电路的基础上研究光伏发电系统MPPT算法,针对传统扰动观察法存在的不足,提出了一种变步长扰动观察MPPT算法,在保证算法精度的情况下具有较好的快速性。本文分析了目前常用的三种滤波器滤波性能上的差异,选用LCL滤波器作为并网滤波器,并在独立模式下将LCL转换为LC滤波器。设计的滤波器能够兼顾并网和独立两种模式。根据光伏逆变器双模式运行的特点,分别阐述了独立运行控制系统和并网运行控制系统的设计原理。通过兼顾系统的稳定性和动态响应能力来设计PI调节器的参数,最后通过仿真实验模拟了不同运行情况下,双模式逆变器的输出特性。对独立/并网光伏发电系统的模式开关和并网开关的切换顺序进行了研究,分析了减少并网冲击的措施,并针对切换过程中出现的过渡模式,提出一种改进无缝切换控制方法。利用Matlab/Simulink对无缝切换控制策略及两种模式切换过程进行建模仿真,并给出仿真结果。仿真结果表明:提出的变步长扰动观察MPPT算法能够稳定、高效地跟踪光伏阵列最大功率点;所设计的独立运行控制系统和并网运行控制系统能够很好地满足双模式运行要求;在所设计的无缝切换控制策略下,两种模式切换过程中负载电压和并网电流都没有过大的冲击,保证了系统的稳定。 【关键词】：光伏电池建模 MPPT LCL 无缝切换 Matlab仿真
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 光伏发电的研究背景和意义8-12
• 1.1.1 可再生能源取代化石能源是社会经济发展的必然要求8-9
• 1.1.2 光伏发电是一种理想的可再生能源9-10
• 1.1.3 光伏发电具有广阔的发展前景10-12
• 1.2 光伏发电系统的种类12-13
• 1.3 独立/并网光伏发电系统的组成13-15
• 1.4 国内外研究现状15-18
• 1.4.1 MPPT的研究现状15-16
• 1.4.2 运行控制策略的研究现状16-17
• 1.4.3 无缝切换的研究现状17-18
• 1.5 本文主要研究内容18-20
• 2 光伏电池的特性和模型20-30
• 2.1 光伏电池的特性20-23
• 2.1.1 光伏电池的工作原理20
• 2.1.2 光伏电池的分类20-23
• 2.1.3 光伏电池的伏安特性曲线23
• 2.2 光伏电池的模型23-29
• 2.2.1 光伏电池的物理数学模型24-26
• 2.2.2 光伏电池工程用数学模型的参数求取26-27
• 2.2.3 光伏电池的仿真模型27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 3 DC-DC变换电路的结构和MPPT算法研究30-40
• 3.1 DC-DC电路拓扑分析30-34
• 3.1.1 Boost电路结构30-31
• 3.1.2 蓄电池充放电电路结构31-34
• 3.2 MPPT算法研究34-39
• 3.2.1 电导增量算法34-35
• 3.2.2 扰动观察法35-38
• 3.2.3 仿真结果与分析38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 4 DC-AC电路结构和运行控制策略研究40-60
• 4.1 滤波器设计研究40-45
• 4.1.1 LCL滤波器的设计原则41-43
• 4.1.2 参数设计43-45
• 4.1.3 独立模式下LC滤波器的参数验证45
• 4.2 锁相环技术45-48
• 4.2.1 锁相环的组成45-47
• 4.2.2 数字锁相环的软件实现47-48
• 4.3 运行控制策略研究48-57
• 4.3.1 独立运行控制系统设计48-52
• 4.3.2 并网运行控制系统设计52-57
• 4.4 本章小结57-60
• 5 无缝切换控制策略研究60-68
• 5.1 开关切换顺序分析60-61
• 5.2 减少逆变器并网冲击的措施61
• 5.3 改进无缝切换控制策略61-64
• 5.4 仿真结果与对比64-66
• 5.5 本章小结66-68
• 6 总结与展望68-70
• 6.1 全文总结68
• 6.2 后续展望68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-74

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