太阳能光伏微电网系统的运行与控制研究

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:
　　本文首先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，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。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 课题研究现状及前景

1．2．1 太阳能光伏发电现状与发展

1．2．2 微电网技术现状与发展

1．2．3 微电网光伏发电技术的研究现状

1．3 论文主要工作

第2章 分布式光伏发电系统的建模与仿真

2．1 太阳能光伏电池的原理及模型

2．1．1 光伏电池的工作原理

2．1．2 光伏电池的等效电路

2．1．3 光伏电池的数学物理模型

2．2 太阳能光伏电池工作特性及仿真

2．2．1 光伏电池的光照特性

2．2．2 光伏电池的温度特性

2．2．3 光伏电池数学物理模型的修正

2．2．4 光伏电池的分类

2．2．5 硅光伏电池在MATLAB下的仿真

2．3 光伏发电系统的组成

2．3．1 独立型光伏发电系统

2．3．2 并网型光伏发电系统

第3章 太阳能光伏微电网系统的建模

3．1 微电网及其典型结构

3．2 光伏发电微电网系统实例分析

3．2．1 太阳能电池组件及方阵计算方法

3．2．2 蓄电池及蓄电池组计算方法

3．2．3 太阳能路灯计算方法

第4章 光伏发电最大功率跟踪技术及仿真

4．1 最大功率跟踪基本原理

4．2 最大功率跟踪常用控制方法

4．2．1 恒定电压法

4．2．2 电导增量法

4．2．3 扰动观测法

4．3 DC-DC变换器

4．4 扰动观测法在MATLAB中的仿真

4．4．1 扰动观测法的分类

4．4．2 扰动观测法的控制参数选择

4．4．3 扰动观测法的适用对象

4．4．4 定步长扰动观测法的仿真

4．4．5 参数选择对最大功率跟踪效果的影响分析

第5章 光伏交直流微电网系统控制策略

5．1 光伏交直流微电网的基本构成

5．2 微电网控制目标和基本控制策略

5．2．1 微电网运行方式及特点

5．2．2 微电网主要控制目标

5．2．3 微电网基本控制策略

5．3 光伏交直流微电网系统离并网控制策略

5．3．1 微电网由离网转并网的控制策略

5．3．2 微电网由并网转离网的控制策略

5．4 光伏交直流微电网系统储能控制策略

5．4．1 蓄电池储能单元拓扑结构

5．4．2 离网模式下蓄电池储能模块控制策略

5．4．3 并网模式下蓄电池储能模块控制策略

第6章 结论与展望

参考文献

致谢