光伏发电最大功率跟踪及微网运行控制策略研究

【摘要】：光伏发电将成为21世纪获取能源最重要的手段之一。提高微网中光伏发电能源利用率及依各个分布式能源特点而制定微网运行控制策略是两个重要的研究方向，具有很好的实用价值。 提出基于爬坡算法的模糊控制。首先理论推导了光伏电池I-U输出特性方程及光伏电池工程用模型；分析了光伏电池元组成光伏列阵的基本原则，并以此为根据建立了光伏电池及光伏列阵的Matlab/Simulink仿真模型；依据爬坡法的基本思想，根据光伏并网系统输入输出特性，设计了模糊最大功率跟踪控制。设立了模糊控制规则，决定了隶属函数类型及其相关参数。与传统爬坡算法MPPT相较，本文设计的基于爬坡算法的模糊控制，通过输出变化的占空比步长，消除了传统爬坡算法存在的震荡问题，能达到很好的跟踪效果和稳态特性。 其次，为提高光伏电池发电效率，综合考虑阴影及光伏列阵结构对最大功率点分布的影响是非常必须的。本文研究了加装旁路二极管光伏电池等效模型及其组成光伏列阵之后的数学特性，并进行了Matlab仿真建模。着重探讨了加装旁路二极管、光伏列阵拓扑结构、光照强度大小及分布形状对光伏列阵输出特性的影响。重点分析了加装旁路二极管的原因及其输出特性、分析了传统最大功率跟踪算法的适用范围及其失效原因，为最大功率跟踪控制的算法提供了理论依据。 再次，为提高光伏发电系统的能量利用率，针对局部阴影下光伏列阵输出特性曲线多峰值问题，提出了一种全局最大功率搜索加局部功率跟踪算法。局部功率跟踪算法采用了电导增量法，全局最大功率搜索算法采用了基于电压跳跃的全局扫描法。与传统全局扫描法相比，能在保证准确性的前提提高扫描速度，准确搜索到全局最大功率点。从考虑电压波动及能量损耗的角度，对局部功率跟踪算法的适用范围、电压跳跃步长、全局功率搜索范围等概念进行了研究。在Matlab/Simulink仿真环境中建立了光伏并网仿真模型，验证了该算法的快速性及准确性。 最后，本文提出了一种基于模糊PID的改进P-f、Q-V下垂控制方法。首先分析了光伏列阵微网PQ控制和P-f、Q-V下垂控制的微网综合控制策略的仿真模型控制结构，研究了模型参数的选择和设计方法，获得了微网在负荷投切、逆变器离网和光伏列阵输出功率变化时的运行特性。传统的下垂因子固定，作为一种有差控制使得在负荷变化时母线电压的幅值和频率波动较大。基于模糊PID的改进P-f、Q-V下垂控制方法，有效减小了传统下垂法控制的微网逆变器在负荷波动时母线电压幅值和频率的不稳定。通过Matlab进行了相应的仿真，验证了本文提出基于模糊PID的改进P-f、Q-V下垂控制方法的有效性。 【关键词】：光伏发电 微网 最大功率跟踪 光伏列阵 局部阴影 PQ控制 Droop控制
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-13
• 图清单13-17
• 表清单17-18
• 1 绪论18-33
• 1.1 研究意义18-21
• 1.2 国内外研究背景21-30
• 1.3 当前存在问题30-31
• 1.4 论文研究内容31-33
• 2 光伏列阵建模及其模糊最大功率跟踪33-48
• 2.1 光伏电池的工作原理和特性33-38
• 2.2 光伏列阵仿真模型及输出特性分析38-40
• 2.3 模糊最大功率跟踪控制40-43
• 2.4 光伏列阵及模糊最大功率跟踪的仿真研究43-47
• 2.5 本章小结47-48
• 3 阴影下的光伏列阵建模与分析48-59
• 3.1 局部阴影下的光伏列阵数学模型48-50
• 3.2 局部阴影下的 matlab 仿真50-54
• 3.3 输出特性影响因素分析54-58
• 3.4 本章小结58-59
• 4 全局最大功率跟踪59-69
• 4.1 全局最大功率跟踪技术59-61
• 4.2 重要参数的设计原则61-65
• 4.3 仿真研究65-68
• 4.4 本章小结68-69
• 5 微网运行控制策略69-81
• 5.1 PQ 控制原理69-70
• 5.2 下垂控制原理70-73
• 5.3 仿真分析73-80
• 5.4 本章小结80-81
• 6 孤岛运行模糊 PID 的改进 P-f、Q-V 下垂控制方法设计81-88
• 6.1 模糊 PID 结构的控制器模型81-82
• 6.2 模糊 PID 控制器参数整定方法82-85
• 6.3 仿真分析85-87
• 6.4 本章小结87-88
• 7 总结与展望88-90
• 7.1 总结88-89
• 7.2 展望89-90
• 参考文献90-95
• 作者简历95-97
• 学位论文数据集97

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