并网型光伏发电系统最大功率跟踪控制研究

【摘要】：为提高光伏发电系统输出电能利用效率，改善电网末端电能质量，本文针对光伏电池最大功率点跟踪控制和光伏逆变器并网控制进行了研究。主要内容有：光伏电池MPPT控制，逆变器逆变原理，无功补偿及谐波抑制方法，光伏逆变器并网控制策略。 根据光伏电池的数学模型，理论分析了光伏电池的输出I-U曲线和P-U曲线。由光伏电池外输出特性，介绍了几种不同的MPPT控制算法，并对恒定电压法控制和电导增量法控制进行了仿真验证。工况发生变化时，恒定电压法控制不能调节光伏电池输出电压，造成一定的能量浪费；电导增量法控制根据工况条件调节电池输出电压，使光伏电池工作在当前最大功率输出点处，提高了光伏系统能量利用效率。工况变化快速时，固定步长电导增量法很难兼顾系统的调节时间和稳态性能；变步长电导增量法根据工况条件选择合适步长跟踪控制，能够达到理想的控制效果。 光伏系统并网控制由光伏并网逆变器实现，介绍了移相控制和脉冲宽度调制两种逆变技术。通过仿真验证，SPWM调制技术能使被调制波形实时跟踪调制波形，输出波形总谐波失真达到并网要求。介绍了瞬时无功功率理论和空间矢量变换原理，对采集到的电网电流进行无功功率补偿和谐波抑制处理，通过光伏逆变器并网控制，实现光伏发电系统对电网末端的无功补偿和谐波抑制。 介绍了双级式光伏并网逆变器的控制方框图，针对单相光伏逆变器的并网控制进行了研究。通过对比例积分控制（PI）和比例谐振（PR）控制的Bode图分析，PI控制跟踪周期信号时存在相位误差与幅值误差，PR控制可以无差跟踪特定频率信号。单相光伏逆变器的并网控制采用电压外环、电流内环的双闭环控制，电压外环采用PI控制器实现逆变器直流侧稳压，提高光伏发电系统的能量利用率，电流内环采用PR器控制实现并网指令电流的无差跟踪。 【关键词】：最大功率点跟踪 无功补偿与谐波抑制 并网控制
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 前言10-12
• 1.1.1 能源10-11
• 1.1.2 几种主要新型能源简介11
• 1.1.3 太阳能及光伏发电11-12
• 1.2 课题背景12-16
• 1.2.1 光伏发电产业现状12-13
• 1.2.2 光伏发电系统简介13-15
• 1.2.3 光伏并网发电系统研究现状15-16
• 1.3 论文主要工作16-18
• 第2章 光伏电池最大功率跟踪控制方法研究18-31
• 2.1 光伏电池数学模型及其输出特性18-21
• 2.1.1 光伏电池工作原理及其数学模型18-19
• 2.1.2 光伏电池输出特性19-21
• 2.2 最大功率点跟踪控制21-22
• 2.3 经典最大功率点跟踪控制算法22-26
• 2.3.1 恒电压控制原理与实现22-23
• 2.3.2 电导增量法23-25
• 2.3.3 扰动观察法25-26
• 2.4 变步长电导增量法及其他 MPPT 控制算法26-27
• 2.5 仿真实验分析27-30
• 2.5.1 恒电压法控制与电导增量法控制的比较27-28
• 2.5.2 变步长电导增量法 MPPT 仿真28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 光伏并网逆变器控制机理分析31-44
• 3.1 光伏并网逆变器拓扑结构图31
• 3.2 逆变器逆变原理31-36
• 3.2.1 有源逆变与整流31-32
• 3.2.2 移相控制技术32-33
• 3.2.3 PWM 技术33-34
• 3.2.4 三相桥式 SPWM 逆变电路及仿真实验34-36
• 3.3 瞬时无功理论与空间矢量变换36-38
• 3.4 光伏并网系统中的谐波抑制与无功补偿38-40
• 3.5 单相电路中无功补偿及谐波抑制仿真分析40-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第4章 光伏并网逆变器控制策略研究44-55
• 4.1 双级式光伏并网逆变器控制原理图44-45
• 4.2 三相光伏并网逆变器控制策略45-46
• 4.2.1 电压外环 PI 控制45-46
• 4.2.2 电流内环 d-q 旋转坐标系下 PI 控制46
• 4.3 单相光伏并网逆变器控制策略46-48
• 4.3.1 电流内环 PI 控制46-48
• 4.3.2 电流内环 PR 控制48
• 4.4 PI 控制器与 PR 控制器性能比较48-51
• 4.4.1 稳定性能分析49
• 4.4.2 稳态误差分析49-50
• 4.4.3 扰动作用下系统性能分析50-51
• 4.5 仿真验证51-53
• 4.6 本章小结53-55
• 第5章 结论与展望55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果59-60
• 致谢60

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