并网光伏系统最大功率点跟踪控制

【摘要】：随着环境问题的突出，传统能源的枯竭，可再生能源如太阳能、风能、潮汐能越来越受到人们的关注，其中，太阳能作为方便、环保、高效的新型可再生能源，有着广阔的应用前景。我国光伏制造业发展很快，但在提高光伏发电效率、稳定输出电流、友好并网等方面的研究起步相对较晚，研究更加高效、稳定的光伏发电技术非常迫切。 最大功率点跟踪（MPPT）是提高光伏发电效率的关键技术，本文针对这一关键技术展开理论和应用研究。首先，在光伏阵列建模的基础上，设计功率计算模型，实时计算得到最优功率作为预测控制的跟踪目标。基于MLD模型设计预测控制器，通过求解MIQP问题得到最优解序列，将第一个解作为最优占空比输入控制器中，并不断进行滚动优化。不仅使光伏系统始终保持工作在最大功率输出状态，还避免了传统最大功率点跟踪方法中对功率电压变化率逐步比较引起的局部振荡，减少了能量损耗，提高了能量转换效率。在光伏实验平台上进行不同工作环境下的实验，针对晴天、阴天、雨天三种不同的情况实验并与传统扰动观察法进行对比，显示了文中方法对光伏输出最大功率点跟踪的准确性和有效性。 其次，本文研究了在出现局部遮阴情况下的最大功率跟踪问题，由于局部遮阴导致输出曲线上出现多峰的情况，传统的MPPT方法往往会陷入局部最优点从而使得跟踪失效，降低了光伏输出总效率，这是光伏发电要避免的情况。参照功率建模方法，本文利用支持向量机（SVM）方法建立功率计算模型，提高模型在遮阴环境下的适应性，使得输出功率保持跟踪目标功率，跳出局部最优点，达到对最大功率点跟踪的目标。 最后，分析了光伏发电逆变技术，逆变后的交流电流需要满足与电网电压同频同相、总谐波失真率低等要求，在工作过程中需要与克服直流侧输出电流变化引起的扰动，从而高效输出准确的正弦交流电。本文提出了具有电流跟踪、电压变动最小、开关切换频率最小三个目标的性能指标，通过使上述性能指标最小化选择最优开关变量，调节输出电流，使得并网电流不仅保持于电网电压同频同相、跟踪目标电流、引入谐波最少，并且具有最小的开关切换频率，有利于保护器件和节省能量，结合实验系统和PSIM软件进行协同仿真，验证设计控制方法的有效性。 【关键词】：光伏系统 MPPT 局部遮阴 并网 PSIM
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 光伏发电主要研究问题及发展历程12-15
• 1.1.1 光伏阵列建模12-13
• 1.1.2 光伏发电最大功率点跟踪13-14
• 1.1.3 光伏发电并网14-15
• 1.2 光伏系统主要控制方法概述15-17
• 1.3 本文的主要研究内容与论文结构17-19
• 第二章 光伏阵列建模与最大功率点跟踪问题19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 光伏阵列模型的建立19-22
• 2.3 光伏阵列输出特性分析22-24
• 2.4 最大功率点跟踪（MPPT）问题24-29
• 2.4.1 最大功率点跟踪（MPPT）原理25
• 2.4.2 主要的 MPPT 方法介绍与存在的问题25-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 基于 MLD 模型的 MPPT 预测控制30-51
• 3.1 引言30
• 3.2 T-G-P 模型和 Boost 变换器模型的构建30-34
• 3.2.1 T-G-P 模型的构建31-33
• 3.2.2 Boost 变换器模型33-34
• 3.3 基于 MLD 模型的预测控制34-41
• 3.3.1 MLD 模型34-37
• 3.3.2 基于 MLD 模型的预测控制器设计37-41
• 3.4 最大功率点跟踪控制仿真和实验41-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 局部遮阴情况下的最大功率点跟踪控制51-64
• 4.1 引言51
• 4.2 局部遮阴对光伏输出特性的影响51-56
• 4.2.1 局部遮阴情况下光伏输出模型构建51-53
• 4.2.2 局部遮阴情况下的最大功率点跟踪问题53-56
• 4.3 基于 SVM 建模方法的 MPPT 预测控制56-63
• 4.3.1 SVM 建模方法在 MPPT 中的应用57-59
• 4.3.2 局部遮阴情况下基于 SVM 模型的 MPPT 方法仿真实验59-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 具有最大功率点跟踪功能的光伏系统并网控制64-83
• 5.1 基于最大功率输出的逆变问题64-66
• 5.2 光伏并网控制中的最大功率点跟踪66-70
• 5.2.1 光伏并网结构和控制算法66-69
• 5.2.2 最大功率点跟踪对并网的影响69-70
• 5.3 具有 MPPT 功能的级联逆变全桥并网电流预测控制70-81
• 5.3.1 具有 MPPT 功能的并网电流预测控制算法73-77
• 5.3.2 基于 MATLAB/PSIM 的光伏系统可视化仿真实验77-81
• 5.4 本章小结81-83
• 第六章 全文总结与展望83-85
• 6.1 本文的主要工作83-84
• 6.2 未来工作展望84-85
• 参考文献85-90
• 致谢90-92
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文92
• 申请专利92-94

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