建筑模块化光伏系统及其控制策略

【摘要】：由于能源问题日益严重,新能源、特别是光伏发电系统的研究已成为人们关注的焦点。而光伏发电也有其缺点,随机性,间歇性和分散性等,为了解决这些缺点,本文从光伏系统的结构,MPPT控制,抑制功率波动控制,受限控制和储能控制等多方面对其能量传递和拓扑进行了分析,建立了建筑光伏系统的并网控制模型和离网模块化控制模型。 首先,对建筑光伏的发展和建筑发电系统进行了介绍。在此背景下,依据光伏电池的发电特性,建立了仿真模型,并分析了光伏电池的工作特性。通过三种不同DC-DC变换器的仿真与比较,最终确定了最适合建筑光伏使用的变换器。比较了光伏系统的最大功率点跟踪控制的不同控制方法的响应速度和跟踪结果,使用改进的传统电导增量法,加快了最大功率点跟踪的速度。 然后,提出了一种新的抑制光伏输出功率波动的控制策略,并建立了控制策略和仿真。在两种不同的功率波动情况下,抑制输出功率波动控制相比于MPPT控制,能更好的判断出大的功率波动,并及时抑制此波动,使输出功率更稳定,减小了功率波动对电网的冲击。 再后,对建筑光伏的并网控制的控制策略做了探讨并建立了光伏组件模型,DC-DC变换器和逆变器模型,在并网的情况下进行仿真。提出了受限控制,使得在并网受限运行的情况下,每个光伏阵列都能恒功率控制,并使输出功率满足电网需求的功率。 最后,提出了模块化光伏控制,与高增益隔离DC-DC变换器,超级电容和通信监测系统集成,使光伏组件能均流稳定地输出,同时让每块光伏组件都能达到其最大功率点,解决了局部阴影和光伏组件失配条件下的能量分配问题,提高了该系统的综合性能。 【关键词】：光伏 最大功率点跟踪 模块化 受限控制 功率波动
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目次8-10
• 1 绪论10-24
• 1.1 太阳能发电的发展趋势与现状10-13
• 1.1.1 能源问题10-11
• 1.1.2 太阳能发电的发展前景11-13
• 1.2 光伏系统的组成及结构13-18
• 1.2.1 光伏发电系统的组成13
• 1.2.2 建筑互补光伏发电系统13-18
• 1.3 建筑光伏的发展与研究18-22
• 1.3.1 建筑光伏概况18-19
• 1.3.2 建筑光伏的应用现状及发展趋势19-22
• 1.4 本文主要研究内容22-24
• 2 光伏电池和功率跟踪控制24-54
• 2.1 光伏电池模型24-31
• 2.1.1 光伏电池的基本原理24-25
• 2.1.2 光伏电池数学模型与仿真建模25-29
• 2.1.3 光伏电池的工作特性29-31
• 2.2 DC-DC变换电路的比较31-34
• 2.2.1 降压变换器(Buck Converter)31-32
• 2.2.2 升压变换器(Boost Converter)32
• 2.2.3 升降压变换器(Buck-Boost Converter)32-33
• 2.2.4 三种电路的仿真及比较33-34
• 2.3 最大功率点跟踪控制34-45
• 2.3.1 最大功率点跟踪控制原理34-35
• 2.3.2 恒定电压控制法及其仿真分析35-39
• 2.3.3 改进型电导增量法及其仿真分析39-44
• 2.3.4 两种最大功率控制法比较44-45
• 2.4 抑制功率波动控制法45-52
• 2.4.1 光伏输出功率波动的对电网的危害45-46
• 2.4.2 抑制功率波动控制46-49
• 2.4.3 抑制功率跌落控制49-52
• 2.5 本章小结52-54
• 3 建筑光伏的并网控制技术54-71
• 3.1 正常并网运行控制55-63
• 3.1.1 并网控制技术及逆变器55-56
• 3.1.2 MPPT控制配合全功率逆变控制56-63
• 3.2 受限并网运行控制63-70
• 3.2.1 MPPT控制配合恒功率逆变控制63-65
• 3.2.2 恒压配合恒功率逆变控制的受限控制65-70
• 3.3 本章小结70-71
• 4 建筑模块化独立系统控制技术71-84
• 4.1 模块化光伏系统结构71-77
• 4.1.1 六种不同的建筑光伏系统结构71-76
• 4.1.2 不同系统结构的性能比较76-77
• 4.2 超级电容器的等效模型77-78
• 4.3 模块化离网独立光伏储能系统仿真验证78-82
• 4.4 本章小结82-84
• 5 总结与展望84-87
• 5.1 全文总结84-85
• 5.2 展望85-87
• 参考文献87-93
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果93

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