光伏系统中的电压提升与孤岛检测研究

【摘要】： 随着社会生产的日益发展,随着能源消耗的不断增长和生态环境的日益恶化,全球范围内的能源危机也日益突出。太阳能作为一种无污染的新能源,受到一致青睐。近年来,随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展,太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。光伏并网发电技术己成为太阳能光伏应用的主流。基于此,本文就光伏发电系统中的一些关键问题如DC/DC升压、光伏阵列的最大功率点跟踪以及孤岛效应等方面做了详细的理论分析。并对升压电路拓扑、孤岛效应建立了仿真模型和实验验证,对最大功率点跟踪做出了相应的控制策略。具体说来,本文的主要研究内容可归纳如下: 1.目前国内外光伏发电的现状和发展前景,并对光伏并网发电系统的功能、分类和特点作了简单介绍,对光伏并网发电系统建立了一个总体认识。 2.对于前级DC/DC部分研究了三电平升压(Boost-TL)变换器拓扑,详细分析了Boost-TL变换器的工作模式、工作原理,推导出Boost-TL变换器的输入输出外特性,得出输入、输出电压,输出电流和占空比之间的关系图。并对Boost-TL变换器进行仿真验证,最后实验验证。 3.研究了光伏电池的基本发电原理和输出特性及其影响因素,选择适合于本研究中DC/DC升压拓扑Boost-TL变换器的最大功率跟踪控制方法,给出了具体实现的思路,算法设计的流程图。 4.分析了现有孤岛检测技术的工作原理,比较了几种孤岛检测技术。对两种检测方法进行了仿真研究,最后给出了实验结果,并进行分析。 【关键词】：光伏发电系统 Boost-TL变换器 MPPT 孤岛检测
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景8
• 1.2 国内外光伏发电现状8-9
• 1.2.1 国外光伏发电现状8-9
• 1.2.2 国内光伏发电现状9
• 1.3 光伏发电系统简介9-11
• 1.3.1 光伏发电系统结构及其工作原理9-10
• 1.3.2 升压电路(DC/DC)10-11
• 1.3.3 最大功率点跟踪(MPPT)11
• 1.3.4 反孤岛效应检测11
• 1.4 论文主要任务11-13
• 第二章 升压电路(DC/DC)设计13-53
• 2.1 拓扑选择13-15
• 2.1.1 基本直流变换电路13-14
• 2.1.2 三电平升压电路14-15
• 2.2 三电平升压电路(Boost-TL变换器)分析15-32
• 2.2.1 Boost-TL变换器工作原理分析与模型建立15-16
• 2.2.2 Boost-TL变换器工作模式分析16-26
• 2.2.2.1 D<0.5时的工作情况17-21
• 2.2.2.2 D≥0.5时的工作情况21-24
• 2.2.2.3 输入电流脉动24-26
• 2.2.3 Boost-TL变换器的外特性26-32
• 2.2.3.1 电感电流连续(CCM)状态下26
• 2.2.3.2 电感电流断续(DCM)状态下26-28
• 2.2.3.3 Boost-TL变换器的外特性图28-32
• 2.3 Boost-TL变换器硬件电路设计32-41
• 2.3.1 Boost-TL变换器参数设计32-35
• 2.3.1.1 输入电感设计32-33
• 2.3.1.2 输出电容设计33-34
• 2.3.1.3 输入电容设计34-35
• 2.3.2 驱动和采样电路设计35-39
• 2.3.2.1 IGBT驱动电路设计35-36
• 2.3.2.2 采样电路设计36-38
• 2.3.2.3 过/低压保护电路设计38-39
• 2.3.3 Boost-TL变换器的控制回路设计39-41
• 2.4 Boost-TL变换器仿真研究41-47
• 2.4.1 工作原理的验证41-44
• 2.4.2 外特性的验证44-46
• 2.4.3 加入中点平衡控制后的仿真验证46-47
• 2.5 Boost-TL变换器实验结果与分析47-52
• 2.6 本章小结52-53
• 第三章 光伏并网系统最大功率点跟踪设计53-64
• 3.1 光伏电池的工作原理53-54
• 3.1.1 光子对电子的激发53
• 3.1.2 半导体能带理论53-54
• 3.1.3 光生电子-空穴对54
• 3.1.4 p-n结产生的电动势54
• 3.2 光伏电池的等效模型及特性54-57
• 3.2.1 光伏电池等效模型54-55
• 3.2.2 光伏电池输出特性55-57
• 3.3 光伏电池阵列最大功率点跟踪原理与算法57-61
• 3.3.1 定电压跟踪法(Constant Voltage Tracking)57-58
• 3.3.2 扰动观察法(Perturbation and Observation method)58-59
• 3.3.3 导纳增量法(Incremental conductance method)59-61
• 3.3.4 变步长的导纳增量法61
• 3.4 光伏电池最大功率点跟踪的实现61-63
• 3.5 本章小结63-64
• 第四章 三相光伏并网系统的孤岛检测64-83
• 4.1 孤岛现象64
• 4.2 孤岛检测标准64-65
• 4.3 孤岛检测方法65-71
• 4.3.1 被动检测法65-67
• 4.3.1.1 过/欠电压和过/低频监测法(OFP/UFP)66
• 4.3.1.2 谐波电压监测法66-67
• 4.3.1.3 电压相位突变监测法67
• 4.3.1.4 关键电量变化率监测法67
• 4.3.2 主动检测法67-71
• 4.3.2.1 主动频率偏移法AFD(Active Frequency Drift)68
• 4.3.2.2 有正反馈的主动频率偏移法(AFDPF/SFS)68-69
• 4.3.2.3 滑动频率偏移SMS(Slip-mode Frequency Shift)69-70
• 4.3.2.4 Sandia电压偏移法(SVS(Sandia Voltage Shift))70
• 4.3.2.5 输出有功扰动法70-71
• 4.3.2.6 输出无功补偿法71
• 4.4 不可检测区71-75
• 4.4.1 过/欠电压和过/低频监测法(OFP/UFP)的不可检测区72-73
• 4.4.2 主动频率偏移法(AFD)的不可检测区73-75
• 4.5 孤岛检测仿真研究75-81
• 4.6 实验验证81-82
• 4.7 本章小结82-83
• 第五章 总结与展望83-85
• 5.1 本研究所做的工作总结83-84
• 5.2 后续工作展望84-85
• 参考文献85-88
• 实物照片88-89
• 在学期间发表论文89-90
• 致谢90

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