大功率光伏特性模拟电源的研究

摘要

随着光伏发电技术的不断进步，光伏逆变器从中、小功率等级逐渐向大功率等级发展。光伏逆变器的MPPT性能直接关系到光伏电站的发电量和投资回报，若采用真实的光伏阵列进行试验，不仅投资大，而且受环境条件的制约，延长了研发周期。因此，有必要研制一种可以模拟光伏阵列输出特性的大功率电源。本文详细阐述了一种基于PWM整流器的光伏模拟电源，研究其控制策略，并通过仿真和实验验证了采用的控制方法的正确性以及所研制的模拟电源的可行性。
　　首先，为获取光伏阵列特性数据，分析了光伏电池的输出特性。在总结了现有光伏电池数学模型的基础上，针对应用于光伏模拟电源的场合，改进了分段多项式拟合模型，并利用Matlab/GUI建立了人机界面。考虑到部分光照遮挡下光伏阵列输出特点，研究了多峰特性的拟合算法。
　　其次，围绕光伏模拟电源的控制策略进行研究。介绍了PWM整流器的工作原理，建立了三相电压型PWM整流器数学模型。分析对比了电网电压定向下光伏模拟电源的三种控制方法，以及虚拟磁链定向下光伏模拟电源的控制方法，并分别通过Matlab仿真进行了分析和研究。
　　之后，针对基于PWM整流器的光伏模拟电源，直流电压工作范围扩展的控制策略进行了研究。在分析了SVPWM过调制算法的基础上，研究了光伏模拟电源的虚拟弱磁控制策略，通过仿真和实验，验证了算法的正确性。
　　最后，基于Matlab工具对光伏模拟电源与逆变器互联的MPPT，以及光伏模拟电源多峰特性输出进行了仿真验证。作为对理论和仿真分析的验证，搭建了光伏模拟电源的实验平台进行了大功率实验验证。通过被测光伏逆变器的MPPT等实验，验证了光伏模拟电源的控制策略的有效性和可行性，为今后大功率光伏逆变器的测试设备打下工程应用基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 光伏发电的发展现状与前景

1．1．1 世界光伏发电发展现状

1．1．2 中国光伏发电发展现状

1．1．3 光伏发电发展前景

1．2 光伏模拟电源概述

1．2．1 光伏模拟电源研究意义

1．2．2 光伏模拟电源研究现状

1．3 本文的主要内容

2 光伏阵列特性研究

2．1 光伏电池的输出特性

2．1．1 温度特性

2．1．2 光照特性

2．1．3 光谱特性

2．2 光伏电池数学模型

2．2．1 单二极管模型

2．2．2 双二极管模型

2．2．3 工程指数模型

2．2．4 多项式拟合模型

2．3 光伏阵列建模与仿真

2．4 统一分段多项式拟合模型

2．4．1 统一分段多项式拟合算法研究

2．4．2 仿真与计算分析

2．5 光伏阵列多峰特性拟合

3 光伏模拟电源工作原理

3．1 PWM整流器工作原理

3．2 三相电压型PWM整流器数学模型

3．2．1 在abc三相静止坐标系下模型

3．2．2 在αβ两相静止坐标系下的模型

3．2．3 在dq同步旋转坐标系下的模型

3．3 光伏模拟电源控制策略

3．3．1 基于电网电压定向矢量控制

3．3．2 基于虚拟磁链定向矢量控制

4 光伏模拟电源虚拟弱磁控制

4．1 SVPWM过调制

4．2 虚拟弱磁控制

4．2．1 原理分析

4．2．2 仿真研究

4．2．3 实验验证

5 光伏模拟电源仿真及实验

5．1 光伏模拟电源仿真分析

5．1．1 逆变器MPPT控制

5．1．2 光伏阵列多峰特性模拟

5．2 大功率实验平台及实验

5．2．1 实验平台介绍

5．2．2 实验验证

6 结论

参考文献

附录 光伏模拟电源实验平台

作者简历

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