光伏发电系统建模及并网控制策略研究

【摘要】：目前，全球化石能源正逐渐的消耗殆尽，寻找新能源已经刻不容缓。与此同时，使用传统化石燃料造成的生化危机和环境污染也已经严重威胁到人类的生产和生活，新能源应用正成为全球的热点。太阳能以其清洁环保可再生的优势赢得人们的青睐，随着太阳能光伏发电系统在并网发电中越来越广泛的应用，光伏发电系统的建模及并网控制技术成为新的研究热点。 本文分别从系统数学模型的建立、最大功率点跟踪控制、并网控制策略及功率平抑控制四个方面展开研究工作。首先在传统的工程用数学模型的基础上，通过基本电路原理的分析，建立光伏发电系统在局部遮光条件下的分段函数模型并用Matlab语言实现，得到输出电流呈阶梯形、功率呈现多峰的特性。 其次，通过对多种常用的最大功率点跟踪控制方法的分析，本文提出一种新型滑模变结构控制方案。在Boost变换器的基础上，通过反馈信号对变换器开关的控制来跟踪光伏发电系统的最大功率点。在Matlab/simulink平台中搭建模型进行仿真，结果表明，使用滑模控制方法设计的控制器能够有效地改善最大功率点的跟踪速度和稳定性，削弱稳态抖振并有较强的环境适应性。 同时，根据其他环节的参数在并网时选择电压外环控制和电流内环控制的双闭环控制策略，并且引入d-q坐标变换简化了相位计算；应用锁相环原理设计控制器使得光伏发电系统的输出电流与公共电网电压同频同相；分别对电压外环和电流内环控制系统进行详细数学推导，计算出相应参数。 最后，将新型储能元件应用到可调度式光伏并网发电系统中。通过并入超级电容器，在综合控制系统的作用下，控制能量在电网和超级电容间的流动，从而可以平抑当电网电压过高或过低时的功率波动。 【关键词】：光伏并网发电系统 滑模变结构控制 双闭环控制 超级电容器
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 太阳能光伏发电技术研究的背景及意义9-10
• 1.2 光伏发电产业的特点10
• 1.3 国内外光伏并网发电的现状10-12
• 1.3.1 国外发展现状11
• 1.3.2 国内发展现状11-12
• 1.4 光伏并网发电技术的研究现状12-13
• 1.4.1 光伏并网发电系统概况12
• 1.4.2 最大功率点跟踪控制技术12-13
• 1.4.3 光伏并网发电系统的控制方法13
• 1.5 本文的主要研究内容13-14
• 第二章 光伏阵列的数学模型14-20
• 2.1 均匀光照下光伏电池数学模型及仿真分析14-17
• 2.1.1 均匀光照下光伏电池的数学模型[17-19]14-16
• 2.1.2 MATLAB 环境下的仿真分析16-17
• 2.2 局部遮光条件下光伏电池数学模型及仿真分析17-19
• 2.2.1 局部遮光条件下光伏电池数学模型的建立17-18
• 2.2.2 MATLAB 环境下的仿真分析18-19
• 2.3 本章小结19-20
• 第三章 光伏发电系统 MPPT 控制方法的研究20-30
• 3.1 常用的 MPPT 跟踪控制方法20-23
• 3.1.1 恒定电压法20-21
• 3.1.2 扰动观测法21-22
• 3.1.3 电导增量法22-23
• 3.2 MPPT 控制方法23-24
• 3.3 滑模控制方法24-27
• 3.3.1 Boost 升压电路24-25
• 3.3.2 基于 Boost 电路的滑模控制方法25-27
• 3.3.3 滑模变结构控制器设计27
• 3.4 滑模控制的系统仿真及结果分析27-29
• 3.4.1 系统仿真模型及参数设置27-28
• 3.4.2 仿真结果分析28-29
• 3.5 本章小结29-30
• 第四章 光伏发电系统并网方法及模型30-41
• 4.1 并网逆变器的拓扑结构30
• 4.2 并网逆变器的分类30-31
• 4.3 并网电流、电压控制策略31-38
• 4.3.1 输出电流控制方法31-32
• 4.3.2 双闭环控制技术32-38
• 4.4 光伏发电系统并网仿真分析38-40
• 4.5 本章小结40-41
• 第五章 光伏发电系统并网功率平抑控制41-49
• 5.1 超级电容器41-42
• 5.2 超级电容器充放电电路分析42-46
• 5.2.1 双向 DC/DC 变换器的工作原理42-44
• 5.2.2 双向 DC/DC 变换器的数学模型[49-52]44-46
• 5.3 超级电容器提高并网电压稳定性的控制策略[53,54]46-47
• 5.4 基于超级电容器进行功率平抑的仿真分析47-48
• 5.5 本章小结48-49
• 第六章 总结与展望49-51
• 6.1 工作总结49
• 6.2 后期展望49-51
• 参考文献51-54
• 发表论文和科研情况说明54-55
• 致谢55-56

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