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两级三相式光伏并网发电系统控制策略的研究

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摘要

1 绪论

1.1 选题的背景与意义

1.2 光伏并网发电系统概述

1.2.1 光伏发电系统的分类

1.2.2 两级式光伏并网发电系统的组成

1.3 光伏并网发电系统的研究现状

1.3.1 光伏MPPT控制策略的研究现状

1.3.2 光伏并网逆变控制策略的研究现状

1.3.2 孤岛检测技术的研究现状

1.4 本文研究的主要内容

2 光伏电池模型及MPPT控制策略

2.1 光伏电池工作原理及模型的建立

2.1.1 光伏电池工作原理

2.1.2 光伏电池模型的建立

2.2 两级式光伏MPPT算法控制原理

2.2.1 常规MPPT算法控制原理

2.2.2 智能MPPT算法控制原理

2.3 改进型光伏MPPT算法

2.3.1 改进扰动观察法

2.3.2 改进电导增量法

2.4 基于电压自寻优扰动的光伏MPPT算法

2.5 仿真实验及分析

2.5.1 MPPT算法仿真模型

2.5.2 PWM脉宽调制模型

2.5.3 仿真分析

2.6 本章小结

3 光伏逆变器的工作原理及数学模型分析

3.1 光伏并网逆变器的拓扑结构

3.1.1 隔离型并网逆变器

3.1.2 非隔离型并网逆变器

3.2 两级三相式光伏并网逆变器的数学模型

3.2.1 三相静止坐标系下的数学模型

3.2.2 两相静止坐标系下的数学模型

3.2.3 两相旋转坐标系下的数学模型

3.3 两级三相式光伏逆变器的功率模型分析

3.4 本章小结

4 两级三相式光伏并网系统的直接功率控制策略

4.1 直接功率控制主要环节的实现

4.1.1 功率滞环比较器

4.1.2 PI调节器的设计

4.2 开关状态表原理

4.3 开关频率的控制

4.4 MATLAB仿真分析

4.5 本章小结

5 孤岛检测法及改进控制算法

5.1 孤岛效应的产生机理及孤岛检测法的分类

5.1.1 孤岛效应的危害

5.1.2 孤岛效应的产生机理

5.1.3 孤岛检测方法的分类

5.1.4 不可检测区的描述方法

5.2 经典主动式孤岛检测控制策略原理

5.2.1 主动频移法原理

5.2.2 基于正反馈的主动频移法

5.2.3 滑模偏移法

5.2.4 主动移相法

5.3 基于模糊PID控制的APS孤岛检测控制策略

5.3.1 主动移相式孤岛检测的改进算法原理

5.3.2 基于模糊PID控制原理的实现

5.3.3 改进主动移相式孤岛检测法的NDZ分析

5.4 仿真及实验分析

5.4.1 仿真模型的建立

5.4.2 结果分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望下一步研究工作

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果

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摘要

能源的有效利用是人类社会文明进步的重要标志,大规模使用传统的煤炭、石油等非再生能源,不仅造成了环境的严重污染,而且致使能源的日近枯竭。太阳能是无穷无尽,源源不断的环保能源。为了缓解能源危机、减轻环境污染,大范围高效率的利用太阳能便是行之有效的措施之一。因此,世界各国纷纷把目光投向了光伏并网发电系统的研究上。
  首先搭建了光伏电池仿真模型,合理简化最大功率点跟踪(MPPT)算法,阐述了传统MPPT控制方法原理,并对比分析各种改进算法原理,提出一种基于电压自寻优扰动的光伏MPPT算法,仿真结果表明改进算法具有追踪速度快、准确率高的优点;然后对光伏并网逆变器的数学模型进行推导,并根据瞬时功率理论,进一步建立了两级三相式光伏逆变器拓扑结构的功率数学模型,将基于电网侧无电压传感器的直接功率控制(V-DPC)策略应用于三相光伏并网系统中,搭建MATLAB/SIMULINK并网仿真模型,仿真与实验结果验证了控制方案切实可行,并网波形好,直流电压利用率高;最后再对孤岛检测方法的原理和分类进行介绍,将基于模糊PID控制的主动移相式(APS)孤岛检测法应用到光伏并网发电系统中,仿真实验结果证明了基于模糊PID的APS孤岛检测控制策略不仅能更快的检测出孤岛,而且能够有效地减小系统正常运行时的THD。
  本文从如何提高光伏并网发电系统稳定性的角度出发,对两级三相式光伏并网发电系统的控制策略展开一系列研究,通过MATLAB/SIMULINK仿真环境,在仿真试验中证明该光伏并网系统的最大功率点追踪精度高,并网波形及孤岛检测技术也达到了国家规定的技术标准。

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