基于无源控制的光伏发电系统MPPT技术研究

【摘要】：单级式光伏并网发电系统只存在一级能量变换环节，输送到电网的功率随着光伏阵列的输出功率的变化而变化，而光伏阵列的输出功率又受到外界光照强度、环境温度以及负载等因素的影响。因而，控制光伏阵列的工作点使其连续稳定地工作在最大功率点处可以提高系统的整体效率，达到充分利用太阳能资源的目的。 在单级式光伏并网发电系统中，逆变器控制系统需要同时实现光伏阵列最大功率点的跟踪以及并网控制等功能。本文中，逆变器采用基于欧拉-拉格朗日(Euler–Lagrange, EL)模型的无源功率控制策略，分别对输出的有功功率和无功功率进行解耦控制。同时，为实现光伏阵列的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT），考虑将MPPT算法与无源功率控制理论结合起来。在忽略开关损耗和线路损耗的前提下，由光伏直流侧与逆变器输出侧的功率平衡原理可知，改变光伏阵列的工作点可以通过调整逆变器输出侧的有功功率来实现，因而可通过控制改变MPPT模块的输出功率值设定逆变器输出侧有功功率的期望值，从而达到跟踪最大功率点的目的。 在北京市人才强教深化计划“学术创新团队计划”项目“电能变换器和交流电动机非线性控制研究”（PHR201007130）的资助下，本文提出了一种基于功率控制的最大功率点跟踪算法，即直接选择光伏阵列的输出功率作为控制量，并将该算法以及逆变器的无源功率控制策略应用到容量为1.8kVA的单级式光伏并网发电系统中。通过进行仿真和实验研究，表明基于功率控制的最大功率点跟踪算法是可行的，能够同时兼顾到响应速度、跟踪精度以及直流母线电容电压的稳定性等要求，对于提高光伏阵列的能量利用率、真正实现能源“绿色变换”具有一定的理论和现实意义。 【关键词】：光伏并网 最大功率点跟踪 无源控制 功率平衡
【学位授予单位】：北京信息科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 引言9-15
• 1.1 选题背景9-10
• 1.2 光伏发电系统10-14
• 1.2.1 光伏发电系统的运行方式11-12
• 1.2.2 光伏发电系统的关键技术12-14
• 1.3 论文所做的主要工作14-15
• 第2章 三相电压源型光伏并网逆变器无源功率控制策略及其调制技术15-29
• 2.1 无源非线性控制理论15-18
• 2.1.1 系统的无源性15-17
• 2.1.2 欧拉-拉格朗日系统17-18
• 2.2 三相电压源型光伏并网逆变器18-21
• 2.2.1 三相电压源型光伏并网逆变器的拓扑结构18
• 2.2.2 三相电压源型光伏并网逆变器的数学模型18-20
• 2.2.3 三相电压源型光伏并网逆变器的无源性20
• 2.2.4 无源功率控制器的设计20-21
• 2.3 SVPWM 调制技术21-28
• 2.3.1 电压空间矢量22-23
• 2.3.2 扇区的计算23-24
• 2.3.3 开关管导通时间的计算24-26
• 2.3.4 各相桥臂开关管导通时间分配26-27
• 2.3.5 SVPWM 波产生27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 光伏发电系统的最大功率点跟踪29-39
• 3.1 光伏电池29-32
• 3.1.1 光伏电池的数学模型29-30
• 3.1.2 光伏电池的输出特性30-32
• 3.2 传统的最大功率点跟踪算法32-36
• 3.2.1 恒定电压法33
• 3.2.2 扰动观察法33-35
• 3.2.3 电导增量法35-36
• 3.3 基于功率控制的最大功率点跟踪算法36-38
• 3.3.1 算法实现流程图36-37
• 3.3.2 功率控制的实现方法37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 光伏并网发电系统的仿真和实验研究39-54
• 4.1 光伏并网发电系统的仿真研究39-42
• 4.1.1 仿真模型的建立39-40
• 4.1.2 仿真结果及分析40-42
• 4.2 光伏并网发电系统的实验研究42-53
• 4.2.1 实验平台的设计43-48
• 4.2.2 实验结果及分析48-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第5章 总结和展望54-56
• 参考文献56-59
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果59-60
• 致谢60

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