改进MPPT功能型并网光伏逆变系统研究与设计

【摘要】：由于化石能源逐渐枯竭,以及伴生的环境污染问题,开发以光伏发电为代表的新能源发电技术受到高度重视,预计将在未来能源供应体系中将占据重要地位。近年来,光伏发电步入大规模发展阶段,规模化并网光伏电站大量涌现,因此研究并网光伏发电技术成为了近年来学术研究和产业关注的重要内容。本论文围绕光伏并网发电系统的关键技术进行了系统研究,重点研究了MPPT控制策略、逆变器控制和直流注入抑制方法,并设计了一个光伏电站的接入系统。 本论文在分析经典MPPT控制策略基础上,根据太阳能光伏系统输出电压、输出电流的dI/dU+I/U值和系统当前输出电压与最大功率点电压差值Umodify之间的特性关系,提出了一种基于分段数值逼近的可变步长电导增量MPPT方法。基于Matlab/Simulink搭建了太阳能电池模块和带有MPPT控制的光伏系统,当光强在500(W/m2)和1000(W/m2)之间发生跳变时,对不同方法下MPPT跟踪效果进行了仿真比较。仿真结果表明,该控制方法与经典固定步长电导增量法相比,具有追踪速度快、精度高的优势；和迭代求解变步长、智能控制变步长等较复杂的方法相比,更易于实现。分析了并网光伏系统的体系结构和逆变器拓扑,及其对MPPT和并网逆变器控制的影响。基于并网光伏系统在不同坐标系中数学模型,重点研究了基于前馈补偿解耦的逆变器控制策略。分析了基于后级网侧逆变器实现MPPT功能的控制策略和基于前级DC/DC变换器实现MPPT功能的控制策略,并对比了其各自的优缺点。构建了光伏阵列的工程仿真模型,并在其基础上研究了基于前级DC/DC变换器实现MPPT功能的并网光伏系统并验证了其MPPT和并网控制的较好性能。 分析了目前几种典型的直流注入抑制方法,研究了它们在基于LCL型滤波器光伏并网系统中的适用性。结合PR与PI控制器各自的特性,提出了一种基于PR与PI联合控制的并网逆变器直流注入抑制策略,有效地消除了并网电流中可能存在的直流分量。基于Matlab/Simulink进行仿真研究,仿真结果验证了此方案的有效性。结合某地区12.5MW光伏电站工程,简要介绍了光伏电站可行性研究工作和规划研究工作的基本原理。在前期已完成的可行性研究的基础上,完成了对该12.5MW光伏电站的接入系统设计工作。 【关键词】：并网光伏系统 最大功率跟踪 前馈解耦 直流抑制 逆变器设计 接入系统设计
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 中国光伏发电现状及趋势分析11-18
• 1.1.1 中国能源形势分析11
• 1.1.2 中国电力供需现状分析与预测11-12
• 1.1.3 世界光伏发电现状12-13
• 1.1.4 世界主要国家(地区)光伏发展目标与前景13-15
• 1.1.5 世界光伏技术发展趋势15-16
• 1.1.6 中国太阳能资源的理论总量和资源宏观分布16-17
• 1.1.7 中国光伏发电中长期规划17-18
• 1.2 光伏并网系统的关键技术18-25
• 1.2.1 光伏电池与光伏阵列18-21
• 1.2.2 光伏并网系统的最大功率跟踪(MPPT)技术21-22
• 1.2.3 光伏并网系统的体系结构与逆变器拓扑22-23
• 1.2.4 光伏并网逆变器的控制策略23
• 1.2.5 光伏并网系统的孤岛检测技术23-24
• 1.2.6 光伏并网系统的阳光跟踪24-25
• 1.2.7 光伏并网系统的直流抑制与共模电流控制25
• 1.2.8 光伏并网系统对电网的影响25
• 1.3 本论文的主要工作25-27
• 第2章 光伏并网系统的最大功率跟踪(MPPT)技术27-45
• 2.1 概述27-28
• 2.2 主要MPPT技术的研究现状28-35
• 2.2.1 常数电压法(CVT)28-29
• 2.2.2 扰动观察法(P&O)29-31
• 2.2.3 电导增量法(INC)31-33
• 2.2.4 智能控制方法MPPT33-35
• 2.2.5 其他MPPT控制策略35
• 2.3 基于分段数值逼近的INC35-43
• 2.3.1 基本原理分析35-38
• 2.3.2 仿真分析38-43
• 2.4 本章小结43-45
• 第3章 光伏并网逆变器的控制策略45-76
• 3.1 概述45-47
• 3.2 光伏并网系统的体系结构47-49
• 3.2.1 集中式结构47-48
• 3.2.2 串式结构48
• 3.2.3 多重串式结构48-49
• 3.2.4 交流模块式结构49
• 3.3 光伏并网系统的逆变器拓扑49-52
• 3.3.1 功率处理级数49-50
• 3.3.2 功率解耦电容50-51
• 3.3.3 变压器类型和链接方式51-52
• 3.4 光伏并网系统的数学模型52-57
• 3.5 基于αβ变换的控制策略57-59
• 3.6 基于dq0变换的控制策略59-63
• 3.7 并网光伏系统的MPPT研究63-75
• 3.7.1 并网光伏系统MPPT的基本问题分析63-66
• 3.7.2 基于前级DC/DC变换器实现MPPT功能的并网光伏系统仿真分析66-75
• 3.8 本章小结75-76
• 第4章 并网光伏系统的其他关键技术76-86
• 4.1 概述76-78
• 4.1.1 光伏并网系统的共模电压控制技术76-77
• 4.1.2 并网光伏系统的低电压穿越(LVRT)能力研究77
• 4.1.3 电力系统接纳光伏电力的能力分析77-78
• 4.2 并网光伏系统的直流注入抑制技术78-85
• 4.2.1 并网光伏系统直流注入的基本问题分析78-80
• 4.2.2 几种典型直流抑制技术在LCL型滤波器结构的适用性80-82
• 4.2.3 基于PR与PI联合控制策略的直流抑制方法82-85
• 4.3 本章小结85-86
• 第5章 光伏电站可行性研究及规划设计86-107
• 5.1 光伏电站的可行性研究86-89
• 5.1.1 可行性研究的基本原理86-88
• 5.1.2 可行性研究的工程实例88-89
• 5.2 光伏电站的规划89-105
• 5.2.1 光伏电站规划的基本原理89-91
• 5.2.2 光伏电站规划中的接入系统设计91
• 5.2.3 光伏电站接入系统设计工程实例91-105
• 5.3 本章小结105-107
• 第6章 总结与展望107-109
• 6.1 论文总结107-108
• 6.2 今后工作展望108-109
• 参考文献109-112
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果112-113
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作113-114
• 致谢114

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