家庭太阳能并网发电及监控系统

【摘要】：随着能源危机和环境污染的日益严重,开发利用清洁的可再生能源得到世界各国政府的重视,成为各国研究的重点,而太阳能以其清洁、普及和庞大的总量等优点成为清洁能源里重要的一员,随着越来越多的家庭安装太阳能电池板,使其并网运行势在必行。而数字信号处理器(DSP)的出现使对家庭太阳能发电并网系统的控制方法得到进一步的发展和完善。本文以此为背景,在认真研究前人成果的基础上,对家庭太阳能并网发电及其监控系统的核心内容进行了深入的研究,并重点研究了太阳能电池板的最大功率点跟踪、逆变系统的控制策略以及系统孤岛检测的方法,具有重要的现实意义。 首先,介绍了国内外家庭太阳能并网发电的研究和应用现状,分析出我国与世界发达国家的差距,并介绍了太阳能利用的几种形式,结合前人研究的成果,得出家庭太阳能并网发电及监控系统需要解决的几个重点。 其次,详细介绍了太阳能电池的工作原理,给出了其等效电路,建立了其数学模型,并在其数学模型的基础上分析了各种外界、内部因素对其输出的影响,给出了其在各种不同条件下的P—U、I—U特性曲线;分析了太阳能电池的最大功率点跟踪原理,介绍了几种常用的最大功率点跟踪方法,针对家庭太阳能并网发电系统的特点,提出使用干扰观察法对其最大功率点进行跟踪,并对此方法进行了改进,并通过MATLAB仿真验证了本文采用的最大功率点跟踪算法的可行性。 再次,介绍了逆变系统主电路及控制方法的分类,提出了逆变系统的控制目标,介绍了几种常用的控制方式,结合本文特点,提出一种基于双环控制结合PWM调制的控制策略,并研究了PWM调节器参数的计算方法,使用MATLAB系统进行了仿真实验,结果证明了本文所采用的控制策略的可行性。 最后,介绍了孤岛效应对电网设备及检修人员的危害,分析了孤岛效应产生的原因,介绍了国际通用的孤岛检测标准,研究了孤岛检测的基本原理,介绍了几种常用的被动式孤岛检测方法,针对这些方法的不足,研究了几种主动式孤岛检测的方法,通过对比得出了被动式检测方法结合调节出口电流更适合家庭太阳能并网发电系统。 【关键词】：光伏系统 并网发电 最大功率点跟踪 逆变控制 孤岛检测
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615;TM76
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 选题背景及其意义9-11
• 1.1.1 太阳能利用的背景9-10
• 1.1.2 太阳能利用形式10-11
• 1.2 家庭太阳能光伏发电并网系统具体构成及作用11-12
• 1.3 家庭太阳能光伏发电并网系统中须解决的主要问题12-13
• 1.3.1 家庭太阳能光伏发电并网系统输出端电流控制方法12
• 1.3.2 家庭太阳能光伏发电并网系统最大功率点跟踪方法12-13
• 1.3.3 家庭太阳能光伏发电并网系统的孤岛检测方法13
• 1.4 国内外家庭太阳能光伏发电并网系统的研究及应用现状13-14
• 1.5 本文主要研究内容14-15
• 2 太阳能电池模型及最大功率点跟踪算法介绍15-29
• 2.1 太阳能电池的工作原理15
• 2.2 太阳能电池数学模型的建立及伏安特性15-17
• 2.2.1.太阳能电池及其负载的数学等效模型15-16
• 2.2.2.太阳能电池板的伏安输出特性分析16-17
• 2.3 内部及外部因素对太阳能电池板输出特性的影响17-20
• 2.3.1.光照强度和温度对太阳能电池输出特性的影响17-19
• 2.3.2.串并联电阻对太阳能电池输出特性的影响19-20
• 2.4 最大功率点跟踪原理及研究现状20-21
• 2.4.1 最大功率点跟踪原理20
• 2.4.2 最大功率点跟踪算法研究现状20-21
• 2.5 最大功率点跟踪算法介绍21-26
• 2.5.1 电导增量法21-22
• 2.5.2 恒定电压法22-23
• 2.5.3 干扰观察法23-24
• 2.5.4 模糊逻辑控制法24-25
• 2.5.5 间歇扫描法25-26
• 2.6 最大功率点跟踪算法的仿真26-27
• 2.7 本章小结27-29
• 3 并网逆变系统的控制策略29-38
• 3.1 逆变系统的分类及控制目标29-30
• 3.1.1 逆变系统的分类29-30
• 3.1.2 逆变系统的控制目标30
• 3.2 家庭太阳能光伏发电并网逆变系统常用的控制方式30-31
• 3.3 家庭太阳能光伏发电逆变系统的数学模型的建立31-34
• 3.4 PWM 调节器参数的计算34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 4 家庭太阳能光伏发电并网系统的孤岛检测38-45
• 4.1 孤岛效应的概念及其危害38-39
• 4.2 孤岛检测系统通用标准39-40
• 4.2.1 电压异常标准及反应时间39-40
• 4.2.2 频率异常标准及反应时间40
• 4.2.3 双方同步异常标准40
• 4.3 孤岛检测的基本原理40-41
• 4.4 孤岛检测方法的研究41-44
• 4.4.1 被动式孤岛检测方法41-42
• 4.4.2 主动式孤岛检测方法42-44
• 4.5 本章小结44-45
• 5 总结与展望45-46
• 5.1 本文总结45
• 5.2 未来展望45-46
• 参考文献46-49
• 在读期间发表的学术论文49-50
• 作者简介50-51
• 致谢51-52

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