光伏发电的最大功率点跟踪和并网逆变器的研究

【摘要】：第二次工业革命以后,人类迈入了电气时代。从此开始,科学技术突飞猛进,发明创造层出不穷。随着技术的进步,人类对电力的消耗也在与日俱增。电力短缺、有限的自然资源和环境污染,成为了世界各国保障能源安全不得不面对的问题。如今,专家和学者普遍认同太阳能、风力和水力作为可再生能源,可以作为替代石化能源的新能源,值得大力推广和应用。本文围绕太阳能光伏发电系统这一课题展开研究。 光伏发电系统主要由光伏阵列、最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)电路和并网逆变器三个部分组成。光伏阵列的伏安特性曲线是非线性的,国内外众多学者对光伏电池的输出特性做了大量的研究工作,根据光伏电池的物理特性,总结出了光伏电池的近似数学模型。本文利用光伏电池的单指数5参数模型,在Matlab/Simulink软件环境中模拟了光伏阵列在均匀光照和局部遮挡条件下的输出特性曲线,并以此作为分析MPPT算法时的数据。 阴影效应是光伏并网发电系统中的常见问题。在均匀光照条件下,光伏阵列的功率-电压特性曲线有且仅有一个峰值,此时经典的MPPT算法是稳定可靠的。在局部遮挡条件下,光伏阵列的功率-电压特性曲线呈现出多峰值的特性,峰值点可能是局部极大值点,而非全局最大值点,此时经典的MPPT算法可能会失效。为了解决多极值问题,本文提出了一种新的MPPT策略,将跟踪过程细分为四个阶段分而治之,针对每个阶段使用不同的跟踪算法。仿真实验证明,该方法既有处理多极值问题的能力,还有收敛速度快,无多点振荡的优点。 最后,本文在Matlab/Simulink软件环境中,建立了并网逆变器的数学模型。利用基于电压定向的矢量控制策略,实现了直接电流控制。仿真测试表明,本文设计的并网逆变器在稳态下可以实现无静态误差控制,在瞬变环境中,具有快速的动态响应速度。 【关键词】：最大功率点跟踪 局部遮挡 多极值 光伏系统 并网逆变器
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第1章 绪论7-11
• 1.1 课题研究背景7-8
• 1.2 光伏发电系统概述8-9
• 1.2.1 光伏阵列的最大功率点跟踪技术8
• 1.2.2 光伏发电系统中的逆变器8-9
• 1.3 本文主要工作9-10
• 1.4 本文结构10-11
• 第2章 光伏阵列的数学模型11-21
• 2.1 引言11
• 2.2 光伏电池的数学模型11-16
• 2.2.1 单指数4参数模型12
• 2.2.2 单指数5参数模型12-15
• 2.2.3 双指数模型15-16
• 2.3 Matlab/Simulink模型仿真16-18
• 2.3.1 均匀光照16-17
• 2.3.2 局部遮挡17-18
• 2.4 光伏阵列的真实数据18-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第3章 最大功率点跟踪技术21-32
• 3.1 引言21
• 3.2 经典的MPPT算法21-23
• 3.2.1 定电压跟踪法21
• 3.2.2 短路电流比例系数法21-22
• 3.2.3 扰动观察法22
• 3.2.4 电导增量法22-23
• 3.3 改进的MPPT方法23-26
• 3.3.1 变步长算法23-25
• 3.3.2 滞回比较算法25
• 3.3.3 两步法25-26
• 3.4 本文提出的MPPT新策略26-28
• 3.5 性能比较28-31
• 3.5.1 MPPT新策略的正确性验证29
• 3.5.2 不同MPPT算法之间的性能比较29-31
• 3.6 本章小结31-32
• 第4章 三相并网逆变器的建模与控制32-53
• 4.1 前言32
• 4.2 三相逆变器的调制技术32-35
• 4.2.1 正弦波脉宽调制SPWM32-33
• 4.2.2 空间矢量调制SVPWM33-35
• 4.3 三相逆变器的数学模型35-36
• 4.4 坐标变换36-39
• 4.4.1 Clarke变换36-37
• 4.4.2 同步旋转变换37-38
• 4.4.3 Park变换38-39
• 4.5 并网逆变器的控制策略39-52
• 4.5.1 dq解耦控制41-43
• 4.5.2 电流内环与电压外环的控制设计43-48
• 4.5.3 Matlab/Simulink仿真结果48-52
• 4.6 本章小结52-53
• 第5章 总结与展望53-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士期间发表论文58-59
• 致谢59-60

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