小功率光伏发电系统MPPT及并网逆变器控制方法研究

【摘要】：随着常规能源短缺和环境污染问题日益严重,太阳能以其独特优点受到人们的广泛关注。光伏并网发电作为利用太阳能的主要途径之一,迅速成为当前的研究热点。本文针对光伏并网发电系统中的最大功率点跟踪和并网逆变器控制两大关键性问题进行深入研究,旨在提高光伏发电系统的转化效率和稳定性,改善光伏并网发电系统的输出电能质量。首先,系统介绍了光伏发电系统的分类和组成结构,指出光伏阵列和光伏并网逆变器是光伏并网发电系统的两个重要组成部件;详细介绍了光伏电池的工作原理及数学模型,进而分析其输出特性;针对光伏并网逆变器常见的分类及拓扑结构进行分析,探讨它们的工作原理;分析两种光伏发电系统的拓扑结构和基本原理,并且对其优缺点进行比较,从而本文采用两级式并网发电系统拓扑结构。其次,分析了光伏发电系统最大功率点跟踪的基本原理,重点探讨了两种常用的光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法及各自的优缺点。针对传统MPPT控制算法的不足之处,提出基于人工鱼群算法的MPPT控制方法,将人工鱼群算法应用到光伏并网发电系统的前级MPPT控制当中,选取PWM占空比作为人工鱼个体,通过模拟人工鱼的聚群和追尾等行为来寻求功率最优值,并且和传统MPPT控制方法 PO进行比较。仿真和实验结果表明该方法能够稳定、高效地追踪光伏阵列的最大功率点,实现能源最大化利用。最后,分析了光伏并网逆变器的控制方式,阐述了其控制目标及并网要求,探讨了两种模式的输出电流控制方法,针对光伏逆变器并网输出存在的电能质量问题,在传统的PI基础上,提出基于迭代比例积分的并网逆变器输出电流控制方法,采用时间乘绝对误差积分准则作为目标函数,推导出并网逆变器输出电流的迭代比例积分表达式及传递函数。并通过实时设定控制器的最佳比例积分参数来提高逆变器的控制精度和速度,改善输出电流质量。仿真和实验结果表明,该方法计算简单,能有效使得并网逆变器输出与电网同频同相的正弦波电流。 【关键词】：光伏发电系统 MPPT 并网逆变器 人工鱼群算法 迭代比例积分
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 光伏发电研究现状10-13
• 1.2.2 光伏逆变器研究现状13-16
• 1.3 光伏发电系统MPPT及并网逆变器控制综述16-18
• 1.3.1 光伏发电系统MPPT综述16-17
• 1.3.2 光伏发电系统并网逆变器控制方法综述17-18
• 1.4 本文主要研究内容18-20
• 第二章 光伏并网发电系统组成和基本原理20-33
• 2.1 光伏发电系统的简介20-22
• 2.2 光伏电池的原理及特性22-27
• 2.2.1 光伏电池工作原理22-23
• 2.2.2 光伏电池数学模型23-24
• 2.2.3 光伏电池输出特性24-27
• 2.3 光伏并网逆变器拓扑结构27-30
• 2.3.1 隔离型并网逆变器27-28
• 2.3.2 非隔离型并网逆变器28-30
• 2.4 光伏并网发电系统的拓扑结构及原理30-32
• 2.4.1 单级式并网发电系统30-31
• 2.4.2 两级式并网发电系统31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 光伏发电系统MPPT的人工鱼群控制方法33-52
• 3.1 光伏发电系统MPPT的基本原理33-36
• 3.2 传统光伏发电系统MPPT方法36-41
• 3.2.1 扰动观察法36-38
• 3.2.2 电导增量法38-41
• 3.3 基于人工鱼群算法的MPPT方法41-45
• 3.3.1 人工鱼群算法41-42
• 3.3.2 基于人工鱼群算法的MPPT控制方法42-45
• 3.4 仿真与实验45-51
• 3.4.1 仿真分析45-49
• 3.4.2 实验验证49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 光伏发电系统并网逆变器控制方法52-65
• 4.1 光伏并网逆变器的控制方式52-53
• 4.2 光伏并网逆变器的控制目标53-54
• 4.3 基于迭代比例积分的逆变器输出电流控制方法54-57
• 4.3.1 输出电流控制模式54-55
• 4.3.2 迭代比例积分算法55-56
• 4.3.3 迭代比例积分控制器56-57
• 4.4 仿真及实验57-64
• 4.4.1 仿真分析57-61
• 4.4.2 实验验证61-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 总结与工作展望65-67
• 5.1 全文总结65-66
• 5.2 工作展望66-67
• 参考文献67-71
• 攻读学位期间主要的研究成果71-73
• 致谢73

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