光伏发电系统的控制策略研究

中图分类号：TM615论文编号：102870313-S258学科分类号：081101硕士学位论文光伏发电系统的控制策略研究研究生姓名李锋学科、专业控制理论与控制工程研究方向光伏发电控制指导教师刘春生教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一三年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationTheControlStrategyResearchofPhotovoltaicSystemsAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyLiFengAdvisedbyProf.LiuChunshengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2013承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文I摘要全球不断增长的能源需求给每个国家带来了环境污染和能源危机两个难题。新能源技术及节能技术已成为全球能源投资增长的主要领域，特别是清洁、无污染的太阳能光伏发电技术。但是，目前光伏发电投入成本仍然比较高、转换效率较低，为了更有效的利用太阳能，提高光伏发电系统的转换效率，光伏发电系统的控制策略的研究，对太阳能的开发与利用有着重要的意义。本论文以最大限度利用太阳能为主要目标，对光伏发电系统的控制技术进行了深入的研究，具体内容如下：（1）在深入了解光伏电池工作原理的基础之上，研究了光伏电池的等效电路并建立了光伏电池的数学模型，运用MATLAB/Simulink建立了光伏阵列仿真模型，并在此基础之上分析了光伏电池的输出特性。文章给出了四种不同类型的光伏电池仿真模型，为实现不同情况下的系统仿真、理论研究和系统设计提供了基础保证。（2）介绍了MPPT技术的概念和原理，在分析几种常用的MPPT算法的基础上，分别对几种算法做了改进，并在此基础上建立了光伏发电系统MATLAB仿真模型和硬件验证电路，并分别在仿真平台验和硬件样机上证了几种改进算法的有效性。（3）在分析了蓄电池充电特性与充电方法的基础上，提出了一种充电协调控制策略；使光伏电池组件与铅酸蓄电池相互协调工作，在不损害蓄电池前提下，使光伏电池阵列与铅酸蓄电池工作在最佳状态，最大限度地利用太阳能，使铅酸蓄电池储存更多的能量，以提高光伏发电系统的效率。（4）介绍了光伏并网发电系统，建立了单相两极光伏并网发电系统的仿真模型，并将变步长INC算法和P&O应用到光伏并网仿真模型上，通过仿真验证了变步长电导增量算法能提高系统跟踪效率。关键词：光伏电池阵列，最大功率点跟踪,铅酸蓄电池，单相两级光伏并网发电系统光伏发电系统的控制策略研究IIABSTRACTNowadays,thegrowingenergydemandsbringthetwoproblemsofenvironmentalpollutionandenergycrisisineachcountry.Newenergytechnologiesandenergy-savingtechnologieshavebecomeamajorareaofgrowthinglobalenergyinvestment,especiallycleanandnon-pollutingsolarphotovoltaicpowergenerationtechnology.However,thecostofphotovoltaicpowergenerationisstillrelativelyhighandtheconversionefficiencyislow.ThecontrolstrategyforPVsystemhasimportantimplicationsforpromotingsolardevelopmentandapplication.ThisthesismakesawidespreadthoroughresearchonthecontrolstrategyforPVsystems.Themaincontentsarelistedasfollows:Firstly,theequivalentcircuithasalsobeenresearchedbasingontheprincipleofphotovoltaicarray,andthemathematicalmodelsandMATLABsimulationmodelsofphotovoltaicarrayareestablishedundertheequivalentcircuit,andthentheoutputcharacteristicsofphotovoltaicarrayhasbeenanalyzedonthebasisofsimulationmodel.ThearticlegivesfourdifferenttypesofsimulationmodelforPVcells,whichdogreathelptodesignsystemsimulationunderdifferentcircumstance.Secondly,theprincipleofMPPThasbeenintroduced,thenservalimprovedmethodswasproposedafteranalyzingseveralcommonMPPTalgorithms.SeveralsimulationmodelsforPVsystemaredevelopedwithMATLABandhardwarevertificicatuioncircuitisbuilt,thentheimprovedalgorithmshavebeenverifiedonthesimulationplatform.Thirdly,acoordinatedchargingcontrolstrategyhasputforwardbasedontraditionalcharingmethod,afteranalyzingbatterychargingcharacteristicsandchargingmethods.Itmakessurethatthephotovoltaicarraysandlead-acidbatteriesworkintheirbestconditionwhenthelead-acidbatteriesareinproperchargingcharacteristics.Sothelead-acidbatteriescanstoremoreenergyandtheconversionefficiencyofphotovoltaicpowergenerationsystemisimproved.Finally,thegrid-connectedPVsystemshavebeenpresented,anddouble-stagegrid-connectedPVsystemsimulationmodelsareestablished,thenimprovedIncrementConductance（INC）methodwithvariablestep-sizeandP&OmethodhavebeenimplementedonthetwoPVgrid-connectedsimulationmodels,andtheresultofsimulationshowedthatthevariablestepINCalgorithmcouldimprovetrackingefficiencywell.KeyWords:Photovoltaicarray,Maximumpowerpointtracking(MPPT),Lead-acidbatteries,Single-phasedouble-stagegrid-connectedPVsystem南京航空航天大学硕士学位论文III目录第一章绪论.......................................................................................................................................11.1课题研究的背景及意义...........................................................................................................11.1.1太阳能应用的背景........................................................................................................11.1.2太阳能利用形式与光伏发电的特点............................................................................21.2光伏产业发展现状...................................................................................................................41.2.1国外光伏发电的发展现状............................................................................................41.2.2国内光伏发电的发展现状............................................................................................61.3本文主要研究内容...................................................................................................................7第二章光伏电池建模及其仿真分析...............................................................................................82.1引言……………………………………………………………………………………………82.2光伏电池工作原理...................................................................................................................82.3光伏电池等效电路和数学模型分析.......................................................................................92.4光伏电池MATLAB仿真模型................................................................