光伏发电系统最大功率跟踪与并网控制方法

发布时间：2017-04-29 13:12

  本文关键词：光伏发电系统最大功率跟踪与并网控制方法，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着光伏发电技术近来的发展,光伏发电并网系统得到越来越广泛的应用。但是光伏发电系统复杂多变的外部条件,会对光伏电池的稳定输出和并网带来许多较为复杂的问题。本文把光伏电池并网发电系统作为研究对象,以光伏电池最大化、最优化地将电能馈入电网为研究目的,展开了理论分析和仿真研究。首先本文较为系统的阐述了课题研究背景,然后引出光伏并网发电系统中三个核心构成部分：光伏电池建模、最大功率跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)、并网控制。本文针对这三个主要部分开展的研究内容如下：(1)在详细分析光伏电池的物理特性与数学模型基础上,采用Matlab/Simulink建立了光伏电池工程通用模型,分析其输出特性和外界因素之间的关系；对局部阴影情况下光伏阵列P-U特性曲线产生多峰的原理进行分析,搭建光伏阵列多峰模型,对其分布规律进行仿真分析。(2)分析光伏电池的MPPT控制原理,介绍几种常用的MPPT算法,同时对扰动观察法和电导增量法的实现策略进行具体分析,建立系统中各个子模块的仿真模型,并就跟踪性能做比较；针对普通扰动观察法的两个缺陷,采用一种基于功率预测的变步长扰动观察法,有效提高控制方法的动态响应速度和稳定性。(3)针对局部阴影情况下光伏阵列多峰的问题,分析粒子群算法应用于MPPT控制的优缺点,采用一种自适应学习因子PSO算法,并给出算法流程；仿真结果表明,对比与传统的电导增量法,本文算法不仅保留了基本粒子群算法的优点,而且收敛速度快、精度高,可以准确跟踪到局部阴影条件下光伏发电系统的全局最大功率点并稳定下来。(4)在单相光伏发电并网系统中,建立基于Boost变换器的两级式并网发电系统,采用一种基于电网电压前馈补偿的SPWM电流控制策略实现并网控制,仿真结果表明系统动态性能良好,同时实现了光伏电池的最大功率跟踪和单位功率因数并网。(5)在三相光伏发电并网系统中,将并网逆变器在(abc)静止坐标系下的数学模型进行坐标变换,得到其在(d,q)旋转坐标系下的数学模型,建立基于SVPWM电流无差拍控制的三相光伏并网逆变器仿真模型,分别对有功电流和无功电流进行无差拍控制,仿真结果显示在外部环境发生突变的情况下,并网电流谐波仍能满足并网要求。
【关键词】：光伏发电 最大功率跟踪 局部阴影 自适应学习因子粒子群 并网控制 无差拍控制
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 引言11-12
• 1.2 光伏发电产业面临的问题12
• 1.3 国内外研究现状12-15
• 1.4 本文主要研究内容15-16
• 第2章 太阳能光伏电池的建模与仿真16-27
• 2.1 光伏并网发电系统结构16-17
• 2.2 光伏电池的工作原理17-18
• 2.3 光伏电池建模与特性分析18-22
• 2.4 局部阴影对光伏组件的影响22-23
• 2.4.1 热斑效应分析22
• 2.4.2 热斑效应解决方法22-23
• 2.5 光伏阵列多峰模型23-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 光伏系统最大功率点跟踪控制27-42
• 3.1 恒定电压跟踪法27
• 3.2 扰动观察法27-28
• 3.3 电导增量法28-30
• 3.4 MPPT控制实现策略30-31
• 3.5 常规MPPT控制方法实现策略31-37
• 3.5.1 扰动观察法仿真结果分析33-35
• 3.5.2 电导增量法仿真结果分析35-37
• 3.6 基于功率预测的变步长扰动观察法37-41
• 3.6.1 算法原理及实现流程38-40
• 3.6.2 仿真对比分析40-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 粒子群算法在局部阴影条件下MPPT的应用42-53
• 4.1 智能算法在光伏阵列MPPT中的应用42-43
• 4.2 基本粒子群算法及算法优缺点43-45
• 4.3 关键参数的选择及优化方法45-46
• 4.4 局部阴影条件下多峰MPPT系统设计46-52
• 4.4.1 自适应学习因子PSO算法实现流程46-48
• 4.4.2 仿真模型搭建和结果分析48-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 光伏发电系统并网控制方法研究53-80
• 5.1 并网系统的分类及结构选择53-54
• 5.2 并网系统的逆变电路总体概述54-55
• 5.2.1 并网逆变电路分类54-55
• 5.2.2 并网逆变器的控制目标55
• 5.3 滤波器设计55-56
• 5.4 并网逆变电流控制跟踪方式56-58
• 5.5 单相并网逆变主电路分析58-65
• 5.5.1 光伏电池单相并网系统设计59-63
• 5.5.2 光伏电池单相并网仿真分析63-65
• 5.6 光伏电池三相并网系统设计65-69
• 5.6.1 三相静止坐标系(abc)下数学模型66
• 5.6.2 两相旋转坐标系(d,q)下数学模型66-69
• 5.7 电压空间矢量控制69-75
• 5.8 三相光伏并网逆变器总体控制策略75-79
• 5.8.1 并网逆变器控制结构75-76
• 5.8.2 基于无差拍控制三相光伏并网逆变器仿真分析76-79
• 5.9 本章小结79-80
• 结论和展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况86

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