独立光伏发电系统控制研究

【摘要】：太阳能作为一种可再生能源因其无污染、储量大等优点受到了世界各国的广泛关注，其中太阳能光伏发电更是对太阳能资源进行有效利用的一种重要方式。论文以单相独立光伏发电系统为研究对象，对其中的光伏阵列、DC/DC变换器和逆变器等模块都进行了详细地分析研究。 光伏阵列的输出特性是光伏发电系统的最基本问题。根据光伏电池的数学模型，论文建立基于M函数的光伏阵列仿真模型，该模型克服单纯用Simulink元件建立仿真模型过程复杂的缺点。仿真结果表明，该模型能够准确地描述光伏阵列在不同的温度和光照强度下的输出特性。 针对光伏阵列工作效率不高的问题，论文深入研究了光伏电池的最大功率跟踪问题。在光伏阵列仿真模型和Boost变换器的阻抗变换关系基础上，建立最大功率跟踪仿真模型。该仿真模型不需要精确了解变换器的内部特性和相关参数即可实现光伏阵列的最大功率跟踪。仿真结果表明，采用变步长扰动观察法的最大功率跟踪，能够克服定步长方法的不足，更好地实现光伏阵列的最大功率跟踪。 论文对系统的逆变环节进行分析。在电流源逆变器数学模型的基础上，给出无源性控制策略的设计过程，利用李雅普诺夫稳定定理分析系统的全局稳定性。该策略无需将系统中的非线性因素完全抵消,即可实现电压、电流的渐近跟踪，避免了复杂的控制规律，具有设计简单等优点。仿真结果表明，该控制策略能够快速地使系统达到稳定状态，即使负载发生大范围变化，也能保证系统稳定运行。 【关键词】：独立光伏发电系统 光伏阵列 最大功率点跟踪 Boost变换器 逆变器
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TM76
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 课题研究背景8-10
• 1.1.1 能源及环境污染问题8-9
• 1.1.2 太阳能发电的特点9-10
• 1.2 光伏发电的现状及前景10-13
• 1.2.1 国外发展现状及前景10-11
• 1.2.2 国内发展现状及前景11-13
• 1.3 光伏发电系统概述13-15
• 1.3.1 光伏发电系统的分类13-14
• 1.3.2 独立光伏发电系统的组成和应用14-15
• 1.4 本文主要工作15-17
• 第二章 光伏系统中光伏电池和蓄电池的基本特性17-25
• 2.1 光伏电池的分类17-18
• 2.2 光伏电池的发电原理18
• 2.3 光伏电池的等效电路18-23
• 2.3.1 光伏电池的输出特性19-20
• 2.3.2 光伏电池的仿真建模20-23
• 2.4 蓄电池23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 光伏发电系统的最大功率跟踪25-33
• 3.1 最大功率跟踪原理25-26
• 3.2 常见的最大功率跟踪算法26-32
• 3.2.1 恒定电压跟踪法26-28
• 3.2.2 扰动观察法28-29
• 3.2.3 增量电导法29-31
• 3.2.4 变步长扰动观察法31-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第四章 基于 DC/DC 变换器的最大功率跟踪33-50
• 4.1 DC/DC 变换电路33-37
• 4.1.1 Buck 电路33-34
• 4.1.2 Boost 电路34-35
• 4.1.3 Buck-Boost 电路35-36
• 4.1.4 Cuk 电路36-37
• 4.2 DC/DC 变换电路实现 MPPT 的原理37-41
• 4.2.1 Boost 电路的阻抗变换38-39
• 4.2.2 Boost 变换电路仿真分析39-41
• 4.3 MPPT 算法的仿真41-49
• 4.3.1 扰动观察法仿真分析41-45
• 4.3.2 增量电导法仿真分析45-47
• 4.3.3 变步长扰动观察法仿真分析47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 光伏发电系统的逆变器研究50-63
• 5.1 逆变器的分类和拓扑结构50-52
• 5.1.1 逆变器的分类50-51
• 5.1.2 逆变器的基本拓扑结构51-52
• 5.2 逆变器闭环控制策略52-54
• 5.2.1 常用的逆变器闭环控制52-53
• 5.2.2 无源性控制策略53-54
• 5.3 李雅普诺夫稳定性定理54-55
• 5.4 基于电流源逆变器的无源性控制策略55
• 5.5 电流源逆变器控制策略的设计55-62
• 5.5.1 电流源逆变器的状态空间描述55-56
• 5.5.2 电流源逆变器的无源性56-57
• 5.5.3 无源性控制策略的设计过程57-59
• 5.5.4 电流源逆变器的仿真分析59-62
• 5.6 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-64
• 参考文献64-66
• 附录 1 程序清单66-67
• 附录 2 攻读硕士学位期间撰写的论文67-68
• 致谢68

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