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基于RT-LAB的光伏发电实时仿真系统研究

作　者: 郑鹤玲
导　师: 刘瑞芳
学　校: 北京交通大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 光伏模拟器参数优化状态空间平均法 Buck电路单级式光伏并网系统 RT-LAB 实时仿真
分类号: TM615
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 319次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

光伏发电作为清洁可再生能源正在快速发展,相关问题的研究也在不断深入。在室内研究光伏发电系统,尤其是大功率的光伏发电系统时,若采用真实的光伏电池进行实验研究,很容易受光照、温度等自然环境和现场条件的限制。针对这一问题,本文利用先进的实时仿真软件,搭建了半实物仿真平台,并对单级式光伏发电系统进行了实时仿真建模和分析。论文首先概述了国内外光伏发电发展现状,阐述了研究光伏发电实时仿真系统的必要性。随后,建立了光伏模拟器的数学模型和控制器模型。利用传递函数和波特图对控制器参数进行理论分析,并对控制器的参数进行优化。通过软件仿真和实验,将理论得到的控制器参数和经验获得的PI控制参数进行实验对比。实验结果证明,用频率特性法进行控制参数设计更加合理。然后,利用RT-LAB实时仿真平台,结合DSP控制器以及光伏模拟器硬件,分别建立硬件在回路模型和快速控制模型,并将实验结果分别与MATLAB仿真的结果进行对比分析。实验证明,该模拟器的工作特性与所模拟的光伏电池输出特性相吻合,并能够动态模拟负载小范围变化的工作情况。最后,本文利用光伏模拟器代替传统的光伏电池,建立了单级式光伏并网发电系统,在RT-LAB仿真平台中搭建实时仿真模型,对系统进行了仿真研究。该实验平台不仅克服了实物系统受光照与温度现实条件的限制,同时可以兼顾硬件环境对实验的影响,弥补了全数字仿真的不足,为室内进行大功率光伏发电系统的实验研究提供了一个良好的平台。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 前言  10-22
  1.1 课题研究背景及意义  10-12
    1.1.1 世界太阳能的发展趋势  10-11
    1.1.2 我国太阳能的发展趋势  11-12
  1.2 光伏发电概述  12-15
    1.2.1 光伏模拟器发展现状  12-14
    1.2.2 光伏并网发电的研究现状  14-15
  1.3 实时仿真系统的介绍  15-19
    1.3.1 半实物实时仿真  15-17
    1.3.2 RT-LAB实时仿真系统简介  17-19
  1.4 论文主要内容和结构  19-22
2 光伏电池模拟器的系统工作原理  22-34
  2.1 光伏电池的输出特性和工作原理  22-26
    2.1.1 光伏电池输出特性  22-24
    2.1.2 光伏电池工作原理  24-26
  2.2 光伏电池的数学模型  26-28
    2.2.1 光伏电池工程用的Ⅰ-Ⅴ方程  26-28
  2.3 光伏电池模拟器的控制系统设计  28-30
    2.3.1 光伏电池模拟器系统结构  28-29
    2.3.2 光伏电池模拟器控制原理  29-30
  2.4 光伏模拟器电路元件参数的选择  30-33
    2.4.1 主电路总体设计  30
    2.4.2 电感和电容的设计  30-33
  2.5 本章总结  33-34
3 光伏模拟器控制器参数的优化设计  34-48
  3.1 光伏模拟器传递函数的推导  34-37
    3.1.1 主电路传递函数的推导  34-36
    3.1.2 调制器平均模型推导  36-37
  3.2 控制器参数设计  37-42
    3.2.1 基本原理  37-39
    3.2.2 根据波特图判定稳定性  39-42
  3.3 仿真及硬件实验结果分析  42-46
    3.3.1 MATLAB仿真结果  42-44
    3.3.2 硬件实验结果  44-46
  3.4 本章小结  46-48
4 基于RT-LAB的光伏模拟器半实物实时仿真  48-62
  4.1 光伏模拟器的硬件在回路模型  48-55
    4.1.1 硬件在回路建模  48-53
    4.1.2 实验分析  53-55
  4.2 快速控制模型  55-60
    4.2.1 快速控制模型建模  55-57
    4.2.2 实验分析  57-60
  4.3 本章小结  60-62
5 基于光伏模拟器的单级式光伏发电系统  62-70
  5.1 单级式光伏发电系统结构  62-63
    5.1.1 光伏发电系统电路拓扑介绍  62-63
  5.2 单级式光伏逆变系统的控制策略  63-66
    5.2.1 最大功率跟踪控制策略  63-65
    5.2.2 并网控制策略  65-66
  5.3 单级式光伏发电实时系统建模  66-69
    5.3.1 实时仿真建模  66-67
    5.3.2 实时仿真结果与分析  67-69
  5.4 本章总结  69-70
6 结论  70-72
  6.1 全文总结  70
  6.2 工作展望  70-72
参考文献  72-76
作者简历  76-80
学位论文数据集  80

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