直流母线式光伏发电系统控制策略研究

【摘要】：21世纪,能源危机和环境问题日益突出,各国纷纷开发以太阳能为代表的可再生能源来解决这个问题。光伏发电是利用太阳能资源的重要形式,直流母线式光伏发电系统是一种新颖的光伏发电模式,它不但可以组成直流母线式独立光伏发电系统解决偏远地区用电问题;还可以通过并网接口与电网连接,组成直流母线式并网发电系统,为光伏建筑一体化提供重要的组网模式。直流母线式光伏发电系统的控制策略直接关系到系统的稳定性和利用太阳能的效率,因此,本文对其控制策略进行了深入的研究。 本文在查阅大量国内外相关文献基础上,对光伏电池的输出特性进行了深入研究,并建立了实用的工程数学模型;采用扰动观测法对光伏电池进行最大功率点跟踪(Maximum Power point Tracking),并对其输出电流、输出电压和输出功率的全天侯变化规律进行了深入研究;介绍了铅酸蓄电池、双向变换器的工作原理,对其在系统中所起的作用进行了分析。 在深入研究直流母线式独立光伏发电系统主电路结构的基础上,提出了相应的控制原则和控制策略,并进行了系统仿真研究,验证所提控制策略的可行性和合理性。对系统存在的问题进行了分析,并提出了初步的解决方案。 本文针对直流母线式独立光伏发电系统存在的不足,分析了直流母线式并网光伏发电系统的系统结构。在此基础上,提出了一种相应的控制策略,并进行了相应的仿真研究,验证所提控制策略的可行性和合理性。 搭建1 kW直流母线是光伏发电系统的数字实验平台,进行MPPT实验、直流母线式独立光伏发电系统实验、并网试验,验证理论分析的正确性。 【关键词】：直流母线式光伏发电系统 光伏电池 光伏建筑一体化 最大功率点跟踪 控制策略
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 光伏发电系统研究现状12-15
• 1.3 光伏发电系统关键技术研究现状15-18
• 1.3.1 最大功率点跟踪技术研究现状15-17
• 1.3.2 并网逆变器控制技术研究现状17-18
• 1.4 课题研究意义及研究内容18-20
• 1.4.1 课题研究意义18-19
• 1.4.2 课题研究内容19-20
• 第2章 光伏电池输出变化规律研究20-36
• 2.1 光伏电池的外特性及工程模型20-26
• 2.1.1 光伏电池外特性20-23
• 2.1.2 光伏电池的数学模型23-26
• 2.2 最大功率点跟踪原理及方法介绍26-29
• 2.2.1 最大功率点跟踪原理26-28
• 2.2.2 MPPT 方法介绍及原理28-29
• 2.3 基于扰动观测法的MPPT 仿真研究29-33
• 2.4 光伏电池全天输出变化规律研究33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 直流母线式独立光伏发电系统控制策略36-54
• 3.1 蓄电池的工作原理及充放电分析36-39
• 3.1.1 蓄电池的工作原理36-37
• 3.1.2 铅酸蓄电池端电压37-39
• 3.2 双向变换器工作原理39-42
• 3.3 直流母线式独立光伏发电系统工作模式及控制策略42-45
• 3.3.1 直流母线式独立光伏发电系统的工作模式42-45
• 3.3.2 直流母线式独立光伏发电系统的控制策略45
• 3.4 直流母线式独立光伏发电系统的仿真研究45-53
• 3.4.1 工作模式一仿真研究46-47
• 3.4.2 工作模式二仿真研究47-48
• 3.4.3 工作模式三仿真研究48-50
• 3.4.4 模式切换仿真研究50-51
• 3.4.5 仿真问题分析51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 直流母线式并网光伏发电系统控制策略54-70
• 4.1 并网接口原理介绍54-59
• 4.1.1 三相逆变器并网原理54-55
• 4.1.2 锁相环介绍及仿真研究55-58
• 4.1.3 三相逆变器控制研究58-59
• 4.2 直流母线式并网光伏发电系统工作模式及控制策略59-64
• 4.2.1 直流母线式并网光伏发电系统工作模式59-62
• 4.2.2 直流母线式并网光伏发电系统的控制策略62-64
• 4.3 直流母线式并网光伏发电系统仿真研究64-69
• 4.3.1 工作模式一仿真研究65-66
• 4.3.2 工作模式二仿真研究66-67
• 4.3.3 工作模式三仿真研究67-68
• 4.3.4 模式切换仿真研究68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 系统硬件电路设计70-85
• 5.1 主电路硬件设计70-78
• 5.1.1 蓄电池的选择和容量设计70-71
• 5.1.2 Boost 变换器的设计71-73
• 5.1.3 Buck-Boost 双向变换器的设计73-75
• 5.1.4 三相逆变器的设计75-78
• 5.2 控制电路硬件设计78-83
• 5.2.1 数字控制芯片介绍78-79
• 5.2.2 检测元件的选取79-80
• 5.2.3 数字采样电路的设计80-82
• 5.2.4 功率管驱动电路的设计82-83
• 5.3 本章小结83-85
• 第6章 系统实验验证及波形分析85-97
• 6.1 MPPT 实验验证及波形分析85-90
• 6.2 直流母线式独立光伏发电系统实验验证及波形90-94
• 6.3 三相并网逆变器实验验证及波形分析94-96
• 6.4 本章小结96-97
• 结论97-99
• 参考文献99-104
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果104-105
• 致谢105-106
• 作者简介106

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