小功率光伏发电系统MPPT及并网逆变器控制方法研究

摘要

随着常规能源短缺和环境污染问题日益严重，太阳能以其独特优点受到人们的广泛关注。光伏并网发电作为利用太阳能的主要途径之一，迅速成为当前的研究热点。本文针对光伏并网发电系统中的最大功率点跟踪和并网逆变器控制两大关键性问题进行深入研究，旨在提高光伏发电系统的转化效率和稳定性，改善光伏并网发电系统的输出电能质量。　　首先，系统介绍了光伏发电系统的分类和组成结构，指出光伏阵列和光伏并网逆变器是光伏并网发电系统的两个重要组成部件；详细介绍了光伏电池的工作原理及数学模型，进而分析其输出特性；针对光伏并网逆变器常见的分类及拓扑结构进行分析，探讨它们的工作原理；分析两种光伏发电系统的拓扑结构和基本原理，并且对其优缺点进行比较，从而本文采用两级式并网发电系统拓扑结构。　　其次，分析了光伏发电系统最大功率点跟踪的基本原理，重点探讨了两种常用的光伏发电系统最大功率点跟踪控制方法及各自的优缺点。针对传统MPPT控制算法的不足之处，提出基于人工鱼群算法的MPPT控制方法，将人工鱼群算法应用到光伏并网发电系统的前级MPPT控制当中，选取PWM占空比作为人工鱼个体，通过模拟人工鱼的聚群和追尾等行为来寻求功率最优值，并且和传统MPPT控制方法P&O进行比较。仿真和实验结果表明该方法能够稳定、高效地追踪光伏阵列的最大功率点，实现能源最大化利用。　　最后，分析了光伏并网逆变器的控制方式，阐述了其控制目标及并网要求，探讨了两种模式的输出电流控制方法，针对光伏逆变器并网输出存在的电能质量问题，在传统的PI基础上，提出基于迭代比例积分的并网逆变器输出电流控制方法，采用时间乘绝对误差积分准则作为目标函数，推导出并网逆变器输出电流的迭代比例积分表达式及传递函数。并通过实时设定控制器的最佳比例积分参数来提高逆变器的控制精度和速度，改善输出电流质量。仿真和实验结果表明，该方法计算简单，能有效使得并网逆变器输出与电网同频同相的正弦波电流。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 光伏发电系统MPPT及并网逆变器控制综述

1.4 本文主要研究内容

第二章 光伏并网发电系统组成和基本原理

2.1 光伏发电系统的简介

2.2 光伏电池的原理及特性

2.3 光伏并网逆变器拓扑结构

2.4 光伏并网发电系统的拓扑结构及原理

2.5 本章小结

第三章 光伏发电系统MPPT的人工鱼群控制方法

3.1 光伏发电系统MPPT的基本原理

3.2 传统光伏发电系统MPPT方法

3.3 基于人工鱼群算法的MPPT方法

3.4 仿真与实验

3.5 本章小结

第四章 光伏发电系统并网逆变器控制方法

4.1 光伏并网逆变器的控制方式

4.2 光伏并网逆变器的控制目标

4.3 基于迭代比例积分的逆变器输出电流控制方法

4.4 仿真及实验

4.5 本章小结

第五章 总结与工作展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢