光伏发电系统最大功率跟踪与并网控制方法

【摘要】：随着光伏发电技术近来的发展,光伏发电并网系统得到越来越广泛的应用。但是光伏发电系统复杂多变的外部条件,会对光伏电池的稳定输出和并网带来许多较为复杂的问题。本文把光伏电池并网发电系统作为研究对象,以光伏电池最大化、最优化地将电能馈入电网为研究目的,展开了理论分析和仿真研究。首先本文较为系统的阐述了课题研究背景,然后引出光伏并网发电系统中三个核心构成部分：光伏电池建模、最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)、并网控制。本文针对这三个主要部分开展的研究内容如下：(1)在详细分析光伏电池的物理特性与数学模型基础上,采用Matlab/Simulink建立了光伏电池工程通用模型,分析其输出特性和外界因素之间的关系；对局部阴影情况下光伏阵列P-U特性曲线产生多峰的原理进行分析,搭建光伏阵列多峰模型,对其分布规律进行仿真分析。(2)分析光伏电池的MPPT控制原理,介绍几种常用的MPPT算法,同时对扰动观察法和电导增量法的实现策略进行具体分析,建立系统中各个子模块的仿真模型,并就跟踪性能做比较；针对普通扰动观察法的两个缺陷,采用一种基于功率预测的变步长扰动观察法,有效提高控制方法的动态响应速度和稳定性。(3)针对局部阴影情况下光伏阵列多峰的问题,分析粒子群算法应用于MPPT控制的优缺点,采用一种自适应学习因子PSO算法,并给出算法流程；仿真结果表明,对比与传统的电导增量法,本文算法不仅保留了基本粒子群算法的优点,而且收敛速度快、精度高,可以准确跟踪到局部阴影条件下光伏发电系统的全局最大功率点并稳定下来。(4)在单相光伏发电并网系统中,建立基于Boost变换器的两级式并网发电系统,采用一种基于电网电压前馈补偿的SPWM电流控制策略实现并网控制,仿真结果表明系统动态性能良好,同时实现了光伏电池的最大功率跟踪和单位功率因数并网。(5)在三相光伏发电并网系统中,将并网逆变器在(abc)静止坐标系下的数学模型进行坐标变换,得到其在(d,q)旋转坐标系下的数学模型,建立基于SVPWM电流无差拍控制的三相光伏并网逆变器仿真模型,分别对有功电流和无功电流进行无差拍控制,仿真结果显示在外部环境发生突变的情况下,并网电流谐波仍能满足并网要求。 【关键词】：光伏发电 最大功率跟踪 局部阴影 自适应学习因子粒子群 并网控制 无差拍控制
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 引言11-12
• 1.2 光伏发电产业面临的问题12
• 1.3 国内外研究现状12-15
• 1.4 本文主要研究内容15-16
• 第2章 太阳能光伏电池的建模与仿真16-27
• 2.1 光伏并网发电系统结构16-17
• 2.2 光伏电池的工作原理17-18
• 2.3 光伏电池建模与特性分析18-22
• 2.4 局部阴影对光伏组件的影响22-23
• 2.4.1 热斑效应分析22
• 2.4.2 热斑效应解决方法22-23
• 2.5 光伏阵列多峰模型23-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 光伏系统最大功率点跟踪控制27-42
• 3.1 恒定电压跟踪法27
• 3.2 扰动观察法27-28
• 3.3 电导增量法28-30
• 3.4 MPPT控制实现策略30-31
• 3.5 常规MPPT控制方法实现策略31-37
• 3.5.1 扰动观察法仿真结果分析33-35
• 3.5.2 电导增量法仿真结果分析35-37
• 3.6 基于功率预测的变步长扰动观察法37-41
• 3.6.1 算法原理及实现流程38-40
• 3.6.2 仿真对比分析40-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 粒子群算法在局部阴影条件下MPPT的应用42-53
• 4.1 智能算法在光伏阵列MPPT中的应用42-43
• 4.2 基本粒子群算法及算法优缺点43-45
• 4.3 关键参数的选择及优化方法45-46
• 4.4 局部阴影条件下多峰MPPT系统设计46-52
• 4.4.1 自适应学习因子PSO算法实现流程46-48
• 4.4.2 仿真模型搭建和结果分析48-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 光伏发电系统并网控制方法研究53-80
• 5.1 并网系统的分类及结构选择53-54
• 5.2 并网系统的逆变电路总体概述54-55
• 5.2.1 并网逆变电路分类54-55
• 5.2.2 并网逆变器的控制目标55
• 5.3 滤波器设计55-56
• 5.4 并网逆变电流控制跟踪方式56-58
• 5.5 单相并网逆变主电路分析58-65
• 5.5.1 光伏电池单相并网系统设计59-63
• 5.5.2 光伏电池单相并网仿真分析63-65
• 5.6 光伏电池三相并网系统设计65-69
• 5.6.1 三相静止坐标系(abc)下数学模型66
• 5.6.2 两相旋转坐标系(d,q)下数学模型66-69
• 5.7 电压空间矢量控制69-75
• 5.8 三相光伏并网逆变器总体控制策略75-79
• 5.8.1 并网逆变器控制结构75-76
• 5.8.2 基于无差拍控制三相光伏并网逆变器仿真分析76-79
• 5.9 本章小结79-80
• 结论和展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况86

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

户用光伏发电系统的研究与应用    马勇刚;谢建;李自应;张跃;曾丽琴;

光伏发电系统在建筑项目中的应用探讨    李雷;杨舒;

简讯    

程艺厅长祝贺我院获2011年全国职业院校技能大赛“光伏发电系统安装调试”赛项二等奖    

晶澳慈善基金会向希望小学捐赠光伏发电系统    

光伏发电系统的碳值分析    张改景;龙惟定;苑翔;

改进的光伏发电系统并网控制技术    彭一琦;

高铁车站光伏发电系统应用    江伟山;周倩;

光伏发电系统功率预测研究方法综述    邓雅;胡书举;孟岩峰;许洪华;

光伏发电系统碳排放计算模型及应用    龚道仁;陈迪;袁志钟;

光伏发电系统用高效逆变器的研究    周光明;沈煜;张晋茂;麻凯恩;朱正菲;杜强;

太阳能光伏发电系统性能分析的模糊综合评价方法    陆亚萍;梁小冰;

分布式光伏发电系统及微型逆变器综述    程丽敏;曹阳;

太阳能光伏发电系统工程结构强度设计    郝文华;

光伏发电系统的计算机辅助设计    王景义;

户用独立式光伏发电系统研究    李春华;刘维亭;姜文刚;

光伏发电系统建模及其控制器参数的全局优化设计方法研究    谢亦丰;祝明华;熊连松;李琛;卓放;张海龙;

用于热光伏发电系统的发射体材料的研究进展    徐峰;刘爱民;罗慧晶;翁占坤;

小型离网光伏发电系统的设计    程启明;李明;陈根;王鹤霖;

光伏发电系统的过去,现在和未来    冯垛生;

莱芜供电首建光伏发电系统    王宪才　魏延彬

莱芜供电公司建成首个光伏发电系统    通讯员 王宪才　魏延彬

光伏发电系统租还是买？    徐瑶

数倍聚光跟踪光伏发电系统解决太阳能高成本难题    申淳

晶澳公司捐赠光伏发电系统    特约记者 牛献力　通讯员 王丽英

美研制新式太阳能热光伏发电系统    记者 刘霞

广东最大户用光伏发电系统亮相    本报记者　 戈晓芳 见习记者 于洋

我市首座太阳能光伏发电系统正式并网发电    记者 王莹　特约通讯员 刘孟君

我省光伏产业又添高科技“新丁”    记者 星子

依托自然优势发展新疆光伏产业    苏国平　新疆经信委副主任

物联网架构的太阳能光伏自跟踪发电监控系统关键技术研究    王欢

小功率光伏发电系统关键技术的研究    毛鹏

光伏发电系统效率提高理论方法及关键技术研究    朱艳伟

分布式光伏发电系统的控制和孤岛故障检测    吴志鹏

光伏发电系统及其控制的研究    郑诗程

光伏发电系统运行理论与关键技术研究    徐瑞东

太阳能光伏发电系统的控制问题研究    熊远生

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

光伏发电系统及其控制技术研究    曹太强

泛（火用）分析方法及其应用研究    蒋爱华

20MW_P光伏发电系统设计与研究    王文响

温室光伏供电系统    王京

基于分岔理论的光伏发电系统研究    陈墨

关于光伏发电站系统优化设计的研究    马高祥

离网型光伏发电系统的分析和设计    李超凡

小功率光伏发电系统MPPT及并网逆变器控制方法研究    张彬

沙漠机器人可折叠光伏发电系统设计    王晨

屋顶光伏发电系统并网的研究    侯朝晖

光伏发电系统性能优化设计    张萍

分布式光伏发电建设运营模式研究    葛鑫