光伏市电联合供电系统变母线电压效率优化研究

摘要

随着社会经济的快速发展，人类对电能需求逐年递增，由此导致传统不可再生能源枯竭、环境恶化问题日益严峻。新能源发电技术已经成为解决当前能源与生态问题的重要手段。太阳能因其清洁无污染及分布广泛等优点而成为世界研究和应用的热点，但因太阳能受环境因素影响较大，为保证负载的稳定供电，需要在供电系统中加入备用电源。为提高太阳能供电系统的稳定性和灵活性，本文将光伏电池与市电结合构成光伏市电联合供电系统，并对如何提高系统效率降低供电成本进行深入研究。
　　该光伏市电联合供电系统系统主要包括光伏电池、市电、直流母线、光伏接口变换器（Boost变换器+全桥LLC谐振变换器）、市电接口变换器（单相全桥PWM整流器）、负载接口变换器（半桥LLC谐振变换器）。根据光伏电池的输出最大功率和负载功率大小情况，系统存在四种工作模式。针对这几种工作模式，分别提出基于本系统的能量管理控制策略，使系统稳定运行。
　　为优化上述提出的联合供电系统效率，本文对系统中各变换器进行详细损耗分析，运用Mathcad软件计算出每个变换器在不同功率和直流母线电压下的各部分损耗，从而得到光伏市电联合供电系统效率随直流母线电压变化的曲线。分析结果表明，随着直流母线电压的变大，系统效率曲线会出现单调递增、单调递减、单峰、多峰四种情况。因此，本文通过实时调整直流母线电压保证在不同功率情况下系统始终能工作在最优效率点，实现光伏市电联合供电系统效率优化。提出利用粒子群算法在线寻找系统最优效率点对应直流母线电压的策略。针对在线优化算法导致直流母线电压一直波动的情况，本文提出一种离线优化系统效率方法，本方法通过实时检测系统变换器功率，并根据已离线存储在处理器中的效率数据找到系统最优效率点对应的直流母线电压，然后调整直流母线电压，最终实现优化系统效率。
　　为验证本文所提出的光伏市电联合供电系统结构、能量管理控制策略以及效率优化方法，本文对系统中的主电路参数进行设计，然后利用MATLAB软件搭建仿真平台，进行仿真验证，最后在实验室搭建了一套1KW光伏市电联合供电系统并进行实验验证，实验结果表明所提出的系统结构、控制和效率优化方法稳定、有效。

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注释表

第一章 绪论

1. 1 课题背景

1. 2 新能源联合供电系统介绍

1. 3 供电系统效率优化概述

1. 4 论文主要内容及研究意义

第二章 光伏市电联合供电系统结构及控制

2. 1 光伏市电联合供电系统结构

2. 2 光伏市电联合供电系统变换器

2. 3 光伏市电联合供电系统工作模式及能量管理

2. 4 本章小结

第三章 1KW光伏市电联合供电系统设计及损耗模型建立

3. 1 引言

3. 2 光伏市电联合供电系统主电路参数设计

3. 3 光伏市电联合供电系统损耗分析

3. 4 本章小结

第四章 光伏市电联合供电系统变母线电压效率优化方法

4. 1 引言

4. 2 系统效率随直流母线电压变化分析

4. 3 系统在线效率优化方法

4. 4 系统离效率线优化方法

4. 5 本章小结

第五章 光伏市电联合供电系统仿真与实验验证

5. 1 系统仿真验证

5. 2 系统实验验证

5. 3 本章小结

第六章 总结与展望

6. 1 本文的主要工作

6. 2 进一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的论文及参与完成的科研项目