独立光伏发电系统的MPPT及并网控制研究

【摘要】：光伏发电系统可以分为独立、并网、混合系统。其中，独立光伏发电系统具有转换环节最少、应用最直接、最经济等优点，但自身也存在许多亟待解决的问题：光照强度和温度等环境条件的突变对光伏电池的输出功率影响较大；在一些光照充足的地方，额外的能量长期储存在蓄电池中，会造成一定量的浪费。设计一种专门针对独立光伏发电系统的，能够实现能量额外输出需求的“即插即用”的并网控制器，将有助于提高独立光伏发电系统的能量传输的灵活性。因此，对独立光伏发电系统的最大功率点跟踪及并网控制技术展开研究有一定的理论意义。 本文从光伏发电的最大功率点跟踪控制技术、并网控制器的数学模型、并网控制策略三个方面展开研究。结合光伏电池等效电路及光照强度、温度等外界条件对光伏电池输出功率的影响，建立光伏电池的数学模型；对实现能量变换的逆变器拓扑结构进行分析，推导出相应的数学模型。 基于最大功率点跟踪的工作原理，针对传统扰动观察法在兼顾跟踪精度和速度方面的不足，对扰动观察法加以改进，实现能快速稳定跟踪最大功率点的目标。并在Matlab/Simulink环境下搭建模型进行仿真分析，验证改进算法的有效性。 对并网控制器的结构和工作原理进行分析，根据其拓扑结构建立暂态、稳态数学模型，并应用dq变换推导出并联侧、串联侧控制模型。依据并网控制器的并、串联侧控制模型，设计出并网控制策略及控制参数。在Matlab/Simulink环境下搭建出并网仿真模型，并对直接并网和采用并网控制器并网两种方式进行仿真分析，验证采用并网控制器能够实现独立光伏发电系统“即插即用”平滑快速并网的功能。 【关键词】：独立光伏发电系统 最大功率点跟踪 并网控制器 控制策略 并网仿真
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 光伏发电系统的国内外研究现状9-10
• 1.2.1 国外光伏发电的现状9-10
• 1.2.2 国内光伏发电的现状10
• 1.3 MPPT 的研究现状10-11
• 1.4 FACTS 技术的研究现状11-13
• 1.5 本文的主要研究内容13-14
• 2 独立光伏发电系统模型14-23
• 2.1 引言14
• 2.2 独立光伏发电系统结构14-15
• 2.3 光伏电池模型15-16
• 2.3.1 光伏电池等效电路15
• 2.3.2 光伏电池数学模型15-16
• 2.4 光伏逆变器模型16-22
• 2.4.1 光伏逆变器工作原理16-18
• 2.4.2 光伏逆变器的数学模型18-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 改进的 MPPT 扰动观察法23-34
• 3.1 引言23
• 3.2 光伏发电的 MPPT 控制23-27
• 3.2.1 MPPT 控制原理与方法23-25
• 3.2.2 基于 Boost 电路的 MPPT 控制25-26
• 3.2.3 扰动观察法工作原理26-27
• 3.3 改进的 MPPT 扰动观察法27-29
• 3.4 仿真分析29-32
• 3.5 本章小结32-34
• 4 并网控制器的工作原理及数学模型34-44
• 4.1 引言34
• 4.2 并网控制器的拓扑结构及工作原理34-37
• 4.3 并网控制器控制器的数学模型37-43
• 4.3.1 并网控制器的暂态数学模型38-42
• 4.3.2 并网控制器的稳态数学模型42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 5 并网控制器的控制策略及仿真44-55
• 5.1 引言44
• 5.2 并网控制器的设计原理44-46
• 5.3 并网控制器的控制模型46-49
• 5.3.1 并联侧控制模型46-48
• 5.3.2 串联侧控制模型48-49
• 5.4 并网时刻选择电路49-50
• 5.5 独立光伏发电系统并网仿真50-54
• 5.6 本章小结54-55
• 6 结论55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士期间发表学术论文情况59-60
• 致谢60

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