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光伏并网发电系统MPPT及孤岛检测新技术的研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 01:02:34
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光伏并网发电系统MPPT及孤岛检测新技术的研究【摘要】:随着经济全球化进程的加速和工业经济的迅猛发展,世界范围内的能源短缺和环境污染已成为制约人类社会可持续发展的两大重要因素。光伏

【摘要】: 随着经济全球化进程的加速和工业经济的迅猛发展,世界范围内的能源短缺和环境污染已成为制约人类社会可持续发展的两大重要因素。光伏发电因发电过程中无污染、无噪音、维护简单、无需生产原料等优点而逐步显示出其无比广阔的发展空间和应用前景。因此,大力发展光伏发电技术和产业已成为当务之急。 本文以光伏并网发电系统为研究对象,对光伏并网发电系统中的最大功率点跟踪控制、孤岛效应的检测、交流光伏模块系统新型拓扑等问题进行了深入系统的研究。在此研究的基础上,分别提出了非对称模糊最大功率点跟踪控制和双模式最大功率点跟踪控制两种新的最大功率点跟踪控制方法、周期性扰动正反馈有源频率漂移孤岛检测方法和一种用于交流光伏模块系统的新型拓扑:BBHF逆变器。 针对光伏发电系统中光伏器件的输出功率易受外部环境影响而降低了光伏发电系统效率的问题,本文提出了两种新的最大功率点跟踪控制方法:非对称模糊最大功率点跟踪控制和双模式最大功率点跟踪控制。这两种方法均能使光伏发电系统输出功率快速跟踪外部环境的变化,同时可有效消除或减弱光伏器件在最大功率点附近的功率振荡现象,从而提高了光伏器件的利用率。上述两种方法均通过实验得到了验证。 光伏发电系统并网工作时,电网停电造成的孤岛效应会导致用电设备损坏和人身伤亡事故,因此必须及时检测出孤岛效应的发生并切断系统与电网的连接。针对孤岛效应检测中,有源频率漂移法检测盲区较大的缺陷,本文提出了周期扰动正反馈有源频率偏移法。通过仿真及实验验证,该方法在电网出现故障时,检测速度更快,具有更小的检测盲区,能够迅速切断电网与光伏发电系统的连接,从而避免孤岛效应造成的设备和人员损伤。 为了验证以上所提方法的有效性和优越性,本文基于DSP设计了一套单相两级式光伏并网发电系统。该电路由最大功率点跟踪电路、逆变器、滤波电路、保护和控制电路构成。其具有独立运行和并网运行两种工作模式,可以根据用户的需要进行切换。实验结果表明:该电路运行可靠,保护功能完善,并在实验过程中为后续的研究工作积累了大量的实验数据和经验。 最后,针对交流无损耗逆变器和反激式交流光伏模块系统存在系统运行过程中光伏器件最大功率点易受电路运行干扰的缺点,本文提出了一种用于交流光伏模块系统的新型逆变器拓扑结构:BBHF逆变器。实验表明:该电路不仅实现了最大功率点控制电路与后级逆变器的解耦,确保了光伏器件稳定工作在最大功率点,且电路中部分功率器件工作频率为工频,能够减少开关损耗,部分提高系统效率。 【关键词】:光伏发电 并网 最大功率点跟踪 孤岛效应 逆变器 电流控制 交流光伏模块
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TM615
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-12
  • 第一章 绪论12-33
  • 1.1 光伏发电的背景与意义12-14
  • 1.1.1 太阳能发电的必要性12-13
  • 1.1.2 太阳能发电的优点和存在的问题13-14
  • 1.2 光伏发电的发展和现状14-19
  • 1.2.1 国外光伏发电的发展和现状15-16
  • 1.2.2 我国光伏发电的发展和现状16-19
  • 1.3 光伏发电系统概述19-28
  • 1.3.1 概述19-21
  • 1.3.2 光伏并网发电系统的应用形式21-24
  • 1.3.3 光伏并网发电系统的结构24-28
  • 1.4 光伏并网发电系统常见问题28-30
  • 1.4.1 最大功率点跟踪控制方法28-29
  • 1.4.2 孤岛效应29-30
  • 1.4.3 光伏并网发电系统新型拓扑30
  • 1.5 本文的主要研究内容30-33
  • 第二章 光伏电池MPPT控制方法的研究33-64
  • 2.1 光伏电池概述33-35
  • 2.2 光伏电池的特性35-39
  • 2.2.1 光伏电池等效模型35-36
  • 2.2.2 光伏电池特性36-39
  • 2.3 光伏电池最大功率点跟踪控制方法39-47
  • 2.3.1 MPPT控制基本工作原理39-40
  • 2.3.2 固定电压法40-42
  • 2.3.3 扰动观察法42-45
  • 2.3.4 增加电导法45-46
  • 2.3.5 模糊控制46-47
  • 2.4 非对称模糊MPPT控制方法的研究47-54
  • 2.4.1 对称模糊控制在扰动观察法应用中的缺点47-49
  • 2.4.2 非对称模糊MPPT控制方法的工作原理49-54
  • 2.5 双模式MPPT控制方法的研究54-58
  • 2.5.1 工作原理55-56
  • 2.5.2 双模式MPPT控制方法的实现56-58
  • 2.6 仿真研究与实验验证58-62
  • 2.6.1 仿真结果58-60
  • 2.6.2 实验结果60-62
  • 2.7 本章小结62-64
  • 第三章 孤岛效应检测方法的研究64-86
  • 3.1 孤岛效应概述64-65
  • 3.2 孤岛效应检测的标准与特性分析65-69
  • 3.2.1 孤岛效应的检测标准65-67
  • 3.2.2 孤岛效应特性分析67-69
  • 3.3 常用孤岛检测方法比较69-74
  • 3.3.1 被动方法70-71
  • 3.3.2 主动方法71-74
  • 3.3.3 其它方法74
  • 3.4 周期扰动AFDPF方法的研究74-84
  • 3.4.1 负载性质对AFD方法的影响74-77
  • 3.4.2 AFD方法的缺陷77-78
  • 3.4.3 周期性扰动AFDPF方法的提出78-80
  • 3.4.4 仿真研究80-83
  • 3.4.5 实验结果83-84
  • 3.5 本章小结84-86
  • 第四章 单相光伏并网发电系统设计86-113
  • 4.1 常见光伏发电系统逆变器拓扑86-90
  • 4.1.1 单级式逆变器86-88
  • 4.1.2 两级式逆变器88-90
  • 4.1.3 单级式逆变器和两级式逆变器特性对比90
  • 4.2 单相光伏并网发电系统的设计90-101
  • 4.2.1 基于DSP的光伏并网发电系统90-96
  • 4.2.2 光伏并网发电系统的工作流程96-101
  • 4.3 并网逆变器的控制101-107
  • 4.3.1 逆变器无差拍电流控制102-105
  • 4.3.2 仿真研究105-107
  • 4.4 实验结果107-109
  • 4.5 本章小结109-113
  • 第五章 用于ACM系统新型BBHF逆变器的研究113-133
  • 5.1 交流光伏模块系统的现状113-117
  • 5.1.1 概述113-114
  • 5.1.2 ACM现有逆变器114-117
  • 5.2 BBHF逆变器电路构成及工作原理117-129
  • 5.2.1 电路构成和工作原理117-123
  • 5.2.2 控制策略的研究123-124
  • 5.2.3 仿真研究124-129
  • 5.3 系统设计与实验129-132
  • 5.3.1 系统设计129
  • 5.3.2 实验结果129-132
  • 5.4 本章小结132-133
  • 第六章 总结与展望133-136
  • 6.1 本文工作总结133-134
  • 6.2 对以后工作的展望134-136
  • 参考文献136-144
  • 致谢144-145
  • 攻读博士学位期间发表论文145


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