光伏发电系统的建模及控制方法的研究

【摘要】：光伏发电作为解决全球能源危机和环境污染的一个重要手段，是太阳能高效、清洁应用的一个关键，受到了各国学者的普遍关注。光伏发电的形式多种多样，应用最为广泛的是光伏并网发电。要想实现光伏并网发电，需要攻克许多关键技术。例如并网控制技术，其决定了能否成功并网；而光伏电池最大功率追踪技术影响着系统的整体发电效率。本系统采用两级式结构，将最大功率跟踪控制以及并网控制分开实现，这样就简化了控制器的设计。本文对系统主电路参数给出了详细的设计过程，并对光伏并网系统的两个关键技术进行了详细的分析。 本文首先介绍了光伏电池的工作原理并分析其工作特性，然后详细说明了光伏电池最大功率跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）技术的原理，最后对传统的MPPT技术进行了介绍和分析。针对应用最为广泛的扰动观察法，本文采用基于模糊逻辑控制的扰动观察法，它继承了传统扰动观察法简单易实现和模糊控制强鲁棒性的优点，解决了传统扰动观察法误判和震荡的不足，使得光伏电池在外界环境条件变化强烈的情况下迅速地追踪光伏电池的最大功率点。 针对传统并网控制损耗大，动态性能不好的问题，本系统的并网控制采用滑模变结构控制。滑模变结构控制是一种针对非线性系统的一种控制方法，能够解决并网控制抗干扰能力和动态性能差的问题。本文详细介绍了滑模控制器的设计过程。 本文利用Matlab/simulink软件的仿真平台，搭建了单相光伏并网仿真系统模型，进行仿真实验，验证了理论分析正确性。仿真结果表明滑模变结构控制的光伏并网系统具有很好的动态性能和抗鲁棒性。 【关键词】：光伏发电 MPPT 模糊控制 扰动观察法 滑模控制
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TP273.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 光伏发电的研究背景和意义9-11
• 1.1.1 光伏发电的研究背景9-10
• 1.1.2 光伏发电的研究意义10-11
• 1.2 光伏发电的关键技术介绍11-14
• 1.2.1 光伏发电系统的分类11-13
• 1.2.2 光伏发电的关键技术13-14
• 1.3 光伏电池最大功率跟踪技术的控制策略14-15
• 1.4 光伏并网技术控制策略15-17
• 1.5 本文主要研究内容17-18
• 2 光伏电池特性及最大功率跟踪技术18-35
• 2.1 光伏电池的建模18-25
• 2.1.1 光伏电池的数学模型18-21
• 2.1.2 光伏电池的建模及仿真21-25
• 2.2 DC/DC 转换电路25-29
• 2.2.1 PWM 控制电路25
• 2.2.2 DC/DC 转换电路结构的选择25-26
• 2.2.3 Boost 电路实现 MPPT 的原理26-27
• 2.2.4 Boost 电路中储能电感 L 的选择27-28
• 2.2.5 Boost 电路中滤波电容 Cf的选择28-29
• 2.3 光伏电池最大功率跟踪算法29-31
• 2.3.1 扰动观察法29-30
• 2.3.2 模糊控制法30-31
• 2.4 基于模糊逻辑控制的扰动观察法31-32
• 2.5 光伏电池最大功率跟踪的建模和仿真32-34
• 2.6 本章小结34-35
• 3 单相光伏并网发电系统主电路的设计35-45
• 3.1 并网逆变器的控制目的及方式35-36
• 3.2 直流侧解耦电容 Cd的选择36-38
• 3.3 交流侧滤波器的设计38-42
• 3.3.1 滤波器结构的选择38-40
• 3.3.2 LCL 滤波器参数的设计40-42
• 3.4 基于 LCL 滤波器的并网电流闭环控制系统42-44
• 3.4.1 基于 LCL 滤波器的并网电流单闭环控制系统42-43
• 3.4.2 基于 LCL 滤波器的双闭环控制系统43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 滑模控制的单相光伏并网控制技术研究45-59
• 4.1 滑模变结构控制的理论介绍45-47
• 4.1.1 滑模控制的基本问题45-47
• 4.1.2 滑模控制的优缺点47
• 4.2 单相光伏并网发电系统的滑模控制器的设计47-55
• 4.2.1 并网系统的基本结构47-49
• 4.2.2 滑模面函数的设计49-51
• 4.2.3 等效控制51
• 4.2.4 切换控制函数的设计51-52
• 4.2.5 滑模存在域52-53
• 4.2.6 稳定性分析53-54
• 4.2.7 开关频率的估算54-55
• 4.3 仿真分析55-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 结论59-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士期间发表学术论文情况63-64
• 致谢64

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