光伏并网发电系统中模糊与预测控制的研究与设计

【摘要】：太阳能不仅是当今能源的一个重要补充,更具备成为未来主要能源来源的潜力。通过光伏并网发电系统将太阳能转换为电能,并将电能输送到电网上,是太阳能利用的主要形式。本文以太阳能并网发电系统为研究对象,以最大限度利用太阳能为主要目标,对光伏并网发电系统最大功率点跟踪控制、逆变器并网控制理论进行了研究。 本文介绍了光伏发电的相关概念和发展状况,详细研究并分析了光伏发电系统,包括其系统组成及分类。进而选择了双级式光伏并网发电系统作为本文主要的研究对象。在分析太阳能电池I-V特性的基础上,建立了太阳能电池的仿真模型。 本文对光伏并网发电系统的核心问题—最大功率点的跟踪和光伏并网发电逆变器的控制策略,进行了较为深入的理论分析和研究。针对常用最大功率点跟踪控制方法中存在的跟踪速度与稳态精度相矛盾的问题,提出了一种基于模糊控制的改进扰动观察法。针对常用并网控制方法脱离数学模型且不考虑开关频率的不足,本文建立了全桥电路输出电流的精确数学模型,并提出了一种基于预测控制的逆变器并网控制方法,因为采用的这种模型中包含系统的频率,所以解决了常用方法不考虑开关频率的不足。 为了验证本文方法的控制效果,在MATLAB/Simulink仿真环境下,对本文提出的基于模糊控制的改进扰动观察法和基于预测控制的光伏并网控制方法进行了仿真。通过与常用方法仿真结果的对比,证明了本文提出方法的可行性和正确性。 【关键词】：太阳能 光伏并网 最大功率点跟踪 模糊控制 预测控制
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM615;TM76
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究光伏发电的背景及意义10-11
• 1.2 光伏发电的发展现状及趋势11-13
• 1.2.1 光伏发电的历史11-12
• 1.2.2 国外光伏发电的现状及趋势12
• 1.2.3 国内光伏发电的现状及趋势12-13
• 1.3 论文主要研究内容13-16
• 第2章 光伏发电系统及相关概念16-22
• 2.1 光伏发电系统的工作原理16
• 2.2 光伏发电系统的组成16-17
• 2.3 光伏发电系统的运行方式17
• 2.4 光伏发电系统的分类17-20
• 2.4.1 独立光伏发电系统17-18
• 2.4.2 并网光伏发电系统18
• 2.4.3 混合型光伏发电系统18-20
• 2.5 光伏发电系统的应用20-21
• 2.6 本章小结21-22
• 第3章 光伏电池的特性及仿真模型的研究22-32
• 3.1 光伏电池的工作原理22-24
• 3.2 光伏电池的等效电路24-25
• 3.3 光伏电池的I-V特性25-26
• 3.4 光伏电池输出特性的主要影响因素26-28
• 3.4.1 日照强度的影响26-27
• 3.4.2 环境温度的影响27-28
• 3.5 光伏电池的Simulink仿真模型28-30
• 3.6 本章小结30-32
• 第4章 光伏发电系统最大功率点跟踪控制的研究32-48
• 4.1 光伏发电系统最大功率点跟踪的原理32-34
• 4.2 实现最大功率跟踪控制的常用方法34-39
• 4.2.1 恒电压跟踪法34-35
• 4.2.2 扰动观察法35-37
• 4.2.3 增量电导法37-39
• 4.3 基于模糊控制的改进扰动观察法39-43
• 4.3.1 模糊化40-42
• 4.3.2 模糊规则的建立42-43
• 4.3.3 解模糊43
• 4.4 最大功率跟踪控制的Simulink仿真43-47
• 4.4.1 扰动观察法的仿真43-44
• 4.4.2 增量电导法的仿真44-46
• 4.4.3 基于模糊控制的改进扰动观察法的仿真46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 光伏并网发电系统逆变器的研究48-68
• 5.1 光伏并网逆变器的分类48-49
• 5.2 光伏并网逆变器的控制目标49-50
• 5.3 光伏并网逆变器的调制方式50-53
• 5.3.1 PWM调制方式50
• 5.3.2 SPWM调制方式50-52
• 5.3.3 滞环调制方式52-53
• 5.4 光伏并网逆变器的控制模式53-54
• 5.5 光伏并网逆变器的常用控制方法54-57
• 5.5.1 基于滞环电流跟踪的逆变器并网控制方法54-55
• 5.5.2 基于SPWM的PI逆变器并网控制方法55-57
• 5.6 基于预测控制的逆变器并网控制方法57-62
• 5.6.1 预测控制方法57
• 5.6.2 逆变电路的数学模型57-59
• 5.6.3 内部模型的建立59-60
• 5.6.4 系数矩阵的确定60-61
• 5.6.5 控制率的求解61
• 5.6.6 控制器的设计61-62
• 5.7 光伏并网逆变器控制方法的Simulink仿真62-67
• 5.7.1 基于滞环电流跟踪的逆变器并网控制仿真62-64
• 5.7.2 基于SPWM的PI逆变器并网控制仿真64-65
• 5.7.3 基于预测控制的逆变器并网控制仿真65-67
• 5.8 本章小结67-68
• 第6章 1KW光伏并网发电系统的参数设计68-72
• 6.1 系统的构成及技术参数68-69
• 6.1.1 系统的构成68
• 6.1.2 电路主要技术参数68-69
• 6.2 主电路拓扑及主要电路参数设计69-71
• 6.2.1 Boost电路参数计算69-70
• 6.2.2 其他器件参数70-71
• 6.3 本章小结71-72
• 总结与展望72-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 攻读硕士期间的研究成果80

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