光伏阵列的模型仿真及其均衡补偿

【摘要】：随着能源的紧缺以及环境问题的日益严重,光伏发电技术作为清洁能源太阳能的重要利用方式,为了使其能够在尽快的时间内代替化石能源成为主要的发电方式,关于光伏发电技术的各方面的学术研究都在不断进步扩展。本文的研究内容的重点在于光伏阵列的模型仿真及提高其能量的输出效率。虽然光伏阵列已经可以由一个独立的数学表达式建立其数学模型,这种建模方式适用于研究重点并非发电单元的光伏发电技术研究内容,但是若要通过研究光伏阵列的输出特性来提高发电效率,就需要将光伏阵列的模型细化到其组成单元光伏组件。因此,本文选用了适合工程仿真的光伏组件的数学模型,并且在当下常用三种电力电子电路仿真软件PSpice. MATLAB和PSIM搭建了相应的仿真模型,以能够通过串并联光伏组件的仿真模型来构建光伏阵列,从而最大程度上模拟实际光伏阵列的输出特性。在实际环境中光伏阵列不可避免地会遇到局部遮蔽情况,局部遮蔽给光伏阵列带来的最直接的影响就是功率输出的降低,使整个光伏阵列的效率大幅下降。目前改善这种负面影响的第一种方法便是采用适用于局部遮蔽情况的最大功率点跟踪方法,本文选用了其中一种原理简单、可行性强的新方法进行介绍。虽然MPPT方法可以较为有效地改善局部遮蔽引起的效率下降问题,但仍然存在着操作性复杂的缺点。局部遮蔽现象的出现是造成光伏阵列输出效率显著下降的根本原因,但被遮蔽的光伏组件所发功率被完全浪费是其直接原因。因此,学术界提出了另一种提高光伏阵列效率的方法即均衡补偿,将被遮蔽的光伏组件的电压补偿到与未被遮蔽的光伏组件的电压一致是其工作原理。本文选用了一种堆叠式SEPIC变换器作为电压均衡器的补偿方法,并分析了其工作原理和控制方式,另外通过仿真和实验验证了该方法的可行性。 【关键词】：光伏阵列 局部遮蔽 均衡补偿
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 课题研究的背景与意义7-9
• 1.1.1 光伏发电技术的兴起与介绍7-8
• 1.1.2 国内外光伏发电的发展现状8-9
• 1.1.3 最大功率点跟踪技术的研究现状9
• 1.2 光伏发电系统9-11
• 1.2.1 独立光伏发电系统的基本组成9-10
• 1.2.2 并网光伏发电系统的基本组成10-11
• 1.3 光伏电池的概述11-14
• 1.3.1 光伏电池的基本原理11-12
• 1.3.2 光伏电池的数学模型12
• 1.3.3 光伏电池的输出特性分析12-14
• 1.4 本文的研究内容14-15
• 第二章 光伏组件及光伏阵列的仿真15-31
• 2.1 光伏组件的数学模型15-18
• 2.2 光伏组件仿真模型的搭建18-28
• 2.2.1 光伏组件的PSpice仿真模型18-19
• 2.2.2 光伏组件的Simulink仿真模型19-25
• 2.2.3 光伏组件的PSIM仿真模型25-28
• 2.3 光伏阵列的仿真模型28-31
• 2.3.1 光伏阵列的Simulink仿真模型28-29
• 2.3.2 光伏阵列的PSIM仿真模型29-31
• 第三章 最大功率点跟踪方法31-38
• 3.1 最大功率点跟踪的原理31-32
• 3.2 几种常见的最大功率点跟踪方法32-36
• 3.2.1 恒定电压法(CVT)32-33
• 3.2.2 扰动观察法(P&O)33-34
• 3.2.3 电导增量法(INC)34-36
• 3.3 适用于局部遮蔽情况的MPPT方法36-38
• 第四章 光伏阵列的均衡补偿38-57
• 4.1 光伏阵列的均衡补偿概述38-39
• 4.2 光伏阵列均衡补偿的实现39-45
• 4.2.1 均衡补偿的拓扑结构39-44
• 4.2.2 均衡策略44-45
• 4.3 均衡器控制环路的设计45-57
• 4.3.1 SEPIC电路的建模45-50
• 4.3.2 控制器的设计50-57
• 第五章 光伏阵列的均衡仿真及实验57-63
• 5.1 光伏阵列的均衡仿真实现57-60
• 5.1.1 采用SEPIC变换器实现均衡的仿真57-58
• 5.1.2 采用堆叠SEPIC变换器实现均衡的仿真58-60
• 5.2 实验波形60-63
• 5.2.1 以SEPIC变换器为均衡电路60-62
• 5.2.2 以二堆叠SEPIC为均衡电路62
• 5.2.3 均衡电路的有效性验证62-63
• 第六章 结论与展望63-64
• 6.1 主要结论63
• 6.2 研究展望63-64
• 参考文献64-67
• 在学期间的研究成果67-68
• 致谢68

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