光伏阵列功率优化并网控制

【摘要】：随着社会经济的飞速发展，能源供应和环境压力日益严峻，开发利用新能源成为了解决能源问题的突破口，而太阳能是一种具有资源广泛、易获取、无污染等优点的新能源，日益得到人们的广泛关注。光伏发电是利用太阳能的主要形式，优化光伏系统和提高光伏发电效率，是光伏领域里的研究热点。本文以光伏阵列功率优化问题为研究对象，主要研究内容为光伏阵列建模和功率特性分析、光伏阵列功率优化、光伏系统并网控制、光伏并网系统设计等，并基于理论研究和仿真分析，研制了光伏实验平台。 本文首先介绍光伏电池基本模型，分析了光伏电池的基本电气特性和光伏组件的功率失配特性，建立了光伏支路和阵列模型，详细分析了局部阴影条件下的光伏支路和阵列的功率特性，得出局部阴影条件下的光伏阵列特性复杂化、呈现多峰等特点结论。对常规的几种最大功率点追踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）方法进行了简单介绍，指出常规MPPT方法在光伏阵列局部阴影条件下容易失效，无法追踪到全局最大功率点（Global Maximum Power Point，GP），并介绍了几种局部阴影条件下的全局最大功率点追踪（Global Maximum Power PointTracking，GMPPT）方法，为光伏阵列的功率优化提供了理论基础。 结合对光伏阵列支路功率特性的分析，提出了一种基于支路串联电压源的光伏阵列功率优化设计方法，通过对阵列支路串联电压源，使得每条支路都运行在最大功率点（Maximum Power Point，MPP），达到光伏阵列的最大功率输出。与其它GMPPT方法进行了对比仿真，并进行了实验验证，该优化设计方法进一步提高了阵列输出功率，方法简单，适用于串并联型光伏阵列，具有实际参考价值。 介绍了几种光伏并网系统，详细分析了Boost直流变换器的原理和参数设计方法，分析了常见的逆变器输出电流控制和闭环控制方法，建立了光伏并网系统模型，仿真验证了闭环控制的正确性，对实验平台的研制具有参考价值。 最后本文设计了2kW的光伏并网系统实验平台，主要包括系统主电路的参数设计、电感的制作、采样电路和驱动电路的设计等，接着对PCB板的设计过程进行了总结，然后给出了系统的软件主程序、中断程序和AD子程序流程图，最后对实验结果进行了分析。 【关键词】：太阳能 光伏阵列 局部阴影 功率优化 最大功率跟踪 并网控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究背景及意义11-16
• 1.1.1 太阳能与光伏发电11-14
• 1.1.2 光伏发电研究意义14-16
• 1.2 光伏发电功率优化研究现状16-19
• 1.2.1 光伏阵列优化16
• 1.2.2 MPPT 研究现状16-18
• 1.2.3 逆变器与控制18
• 1.2.4 光伏系统优化设计18-19
• 1.3 本文主要研究内容和章节安排19-20
• 第2章 光伏阵列功率特性研究20-36
• 2.1 光伏电池与光伏模型20-25
• 2.1.1 单体电池模型20-22
• 2.1.2 光伏支路与阵列模型22-25
• 2.2 光伏阵列功率分析25-27
• 2.3 常规最大功率追踪方法27-29
• 2.3.1 MPPT 调整特性27
• 2.3.2 MPPT 原理27-28
• 2.3.3 常规 MPPT 介绍28-29
• 2.4 局部阴影条件下的最大功率追踪29-35
• 2.4.1 局部阴影条件下的光伏阵列特性29-32
• 2.4.2 局部阴影条件下的光伏阵列最大功率追踪32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 光伏支路功率补偿控制方法36-47
• 3.1 支路电压补偿原理36-38
• 3.2 串联电压的实现方法38-41
• 3.3 仿真与实验结果41-45
• 3.3.1 仿真对比41-43
• 3.3.2 补偿后阵列输出特性43
• 3.3.3 支路电压补偿43-44
• 3.3.4 实验与分析44-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 光伏并网系统与控制47-59
• 4.1 光伏并网系统与并网原理47-51
• 4.1.1 光伏并网系统47-48
• 4.1.2 DC/DC 变换器48-50
• 4.1.3 光伏逆变器50-51
• 4.1.4 并网原理51
• 4.2 并网控制策略51-55
• 4.2.1 电流控制方式51-53
• 4.2.2 并网系统闭环控制方式53-55
• 4.3 并网仿真算例55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 光伏并网系统实验平台的研制59-74
• 5.1 实验平台结构59-61
• 5.1.1 光伏系统实验平台59-60
• 5.1.2 DSP 芯片介绍60-61
• 5.2 系统硬件设计61-67
• 5.2.1 主电路参数设计61-62
• 5.2.2 电感设计62-64
• 5.2.3 采样和驱动电路设计64-66
• 5.2.4 PCB 板设计66-67
• 5.3 系统软件设计67-70
• 5.3.1 DSP 端口配置67-68
• 5.3.2 系统流程图68-70
• 5.4 实验结果70-73
• 5.4.1 死区电路测试71-72
• 5.4.2 电网过零测试72
• 5.4.3 开环测试72-73
• 5.4.4 闭环测试73
• 5.5 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-83
• 附录A 攻读学位期间取得的研究成果83

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