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太阳能光伏微电网系统的运行与控制研究

作　者: 曲珊珊
导　师: 侯梅毅
学　校: 山东大学
专　业: 电气工程
关键词: 微电网光伏发电系统最大功率跟踪离并网控制策略储能控制策略
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着经济的发展和社会的进步,人们对电能的需求越来越大。目前,电力系统的发展面临着两大考验：一是能源问题；二是模式问题。过去几十年里,集中式大电网供电系统是电力供应的主要渠道,然而它运行成本高、运行难度大,越来越难以满足用户对供电安全性和可靠性的要求。同时,火力发电带来了传统化石能源的大量消耗,引发了全球变暖等一系列环境问题,影响了人类健康。因此,寻找可以替代化石能源的可再生能源就成为亟待解决的问题。太阳能分布广,储量大,且可就地取用,很适合发展分布式发电,因此成为可再生能源发电的重要发展方向。而微电网就是一种独立性很强的分布式发电网络,它能够克服太阳能分散广、随机性大、密度低等缺点,可以靠近本地负荷进行建设,不需要远距离高压或超高压输电,减少线损、节省配电建设投资和运行费用。因此,将光伏发电单元大量应用于微网具有十分重要的现实意义。鉴于此,本文主要进行了以下研究：首先,本文研究了光伏电池的基本原理、等效电路、数学物理模型和工作特性,分析得出光伏电池的U-I特性曲线和U-P特性曲线,并利用数学函数MATLAB进行仿真验证理论分析是否正确。其次,本文通过研究三种不同光伏发电系统的网络拓扑结构,给出市区某学校的学生宿舍太阳能光伏发电微电网系统的总体框架。而后将根据技术指标,提出切实可行的太阳能光伏电池和蓄电池等参数的计算方案。第三,针对太阳能电池的随机性、波动性大等特点,本文研究了光伏阵列最大功率点跟踪的原理,分析了三种常用的最大功率跟踪方法,并对扰动观测法进行了深入研究。利用MATLAB软件对定步长的扰动观测法进行了仿真,并进一步探寻扰动观测法的参数选择对跟踪效果的影响。第四,分析微电网的运行方式,并结合微电网运行的控制目标,提出光伏交直流型微电网拓扑结构。针对以上系统在离、并网两种模式下的工作特点,详细阐述由离网转并网和并网转离网的切换控制流程、切换的条件、接口逆变器控制方式的转换情况。同时,构建了适合于离并网两种工作模式的蓄电池单元的拓扑结构,且针对离、并网不同的工作模式提出完备的蓄电池储能模块控制策略。

全文目录

摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
第1章绪论  14-22
  1.1 课题研究背景及意义  14-18
  1.2 课题研究现状及前景  18-21
    1.2.1 太阳能光伏发电现状与发展  18-19
    1.2.2 微电网技术现状与发展  19-20
    1.2.3 微电网光伏发电技术的研究现状  20-21
  1.3 论文主要工作  21-22
第2章光伏发电控制系统的建模与仿真  22-36
  2.1 太阳能光伏电池的原理及模型  22-26
    2.1.1 光伏电池的工作原理  22-23
    2.1.2 光伏电池的等效电路  23-25
    2.1.3 光伏电池的数学物理模型  25-26
  2.2 太阳能光伏电池工作特性及仿真  26-31
    2.2.1 光伏电池的光照特性  26-27
    2.2.2 光伏电池的温度特性  27-28
    2.2.3 光伏电池数学物理模型的修正  28-29
    2.2.4 光伏电池的分类  29-30
    2.2.5 硅光伏电池在MATLAB下的仿真  30-31
  2.3 光伏系统的组成  31-36
    2.3.1 独立型光伏发电系统  32
    2.3.2 并网型光伏发电系统  32-36
第3章太阳能光伏微电网系统的建模  36-44
  3.1 微电网及其典型结构  36-37
  3.2 光伏发电微电网系统实例分析  37-44
    3.2.1 太阳能电池组件及方阵计算方法  38-41
    3.2.2 蓄电池及蓄电池组计算方法  41
    3.2.3 太阳能路灯计算方法  41-44
第4章光伏发电最大功率跟踪技术及仿真  44-62
  4.1 最大功率跟踪基本原理  44-45
  4.2 最大功率跟踪常用控制方法  45-48
    4.2.1 恒定电压法  45-46
    4.2.2 电导增量法  46-47
    4.2.3 扰动观测法  47-48
  4.3 DC-DC变换器  48-49
  4.4 扰动观测法在MATLAB中的仿真  49-62
    4.4.1 扰动观测法的分类  49-51
    4.4.2 扰动观测法的控制参数选择  51-52
    4.4.3 扰动观测法的适用对象  52-53
    4.4.4 定步长扰动观测法的仿真  53-59
    4.4.5 参数选择对最大功率跟踪效果的影响分析  59-62
第5章光伏交直流微电网系统控制策略  62-75
  5.1 光伏交直流微电网的基本构成  62-63
  5.2 微电网控制目标和基本控制策略  63-65
    5.2.1 微电网运行方式及特点  63-64
    5.2.2 微电网主要控制目标  64
    5.2.3 微电网基本控制策略  64-65
  5.3 光伏交直流微电网系统并离网控制策略  65-69
    5.3.1 微电网由离网转并网的控制策略  66-67
    5.3.2 微电网由并网转离网的控制策略  67-69
  5.4 光伏交直流微电网系统储能控制策略  69-75
    5.4.1 蓄电池储能单元拓扑结构  70
    5.4.2 离网模式下蓄电池储能模块控制策略  70-73
    5.4.3 并网模式下蓄电池储能模块控制策略  73-75
第6章结论与展望  75-77
参考文献  77-81
致谢  81-82
学位论文谇阅及答辩情况表  82

太阳能光伏微电网系统的运行与控制研究

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