光伏全局最大功率点跟踪及并网控制方法研究

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随着煤炭等能源越来越少同时环境污染严重,清洁能源越来越受重视,其中光伏发电尤为突出。光伏最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)和并网控制是光伏发电中最核心的技术,但是目前光伏发电效率并不高,外界环境对发电效率影响很大,同时考虑到MPPT的效果直接受逆变器并网控制的影响,所以本文以光伏并网发电系统作为研究对象,重点研究考虑并网逆变器控制的MPPT技术,主要工作如下:
  本文首先通过分析光伏电池的原理和数学模型,利用MATLAB/SIMULINK搭建了电池仿真模型,对其特性曲线进行了分析;考虑到建筑、多云、树等会造成局部阴影环境的存在,又对阴影造成的热斑效应进行了分析,然后对用旁路二极管来解决热斑效应的原理并因此产生的多峰值问题就行了分析,并以四个光伏组件串联为研究对象,通过仿真验证了阴影环境下光伏电池存在多个极值点问题。
  针对均匀光照环境下单峰值MPPT算法,对比分析了常用算法的优缺点,进而提出了适合不同系统要求的单峰值分区域变步长扰动观察法和分区域变步长电导增量法,精度和收敛速度有效提升;针对多峰值全局最大功率点跟踪(Global Maximum Power Point Tracking,GMPPT)也进行了常用算法的对比研究,考虑到粒子群控制算法相对简单,并且能够有效实现全局极值搜索,同时在找到全局极值区域后,单峰值分区域变步长MPPT算法能够更快找到最大值并且稳定运行,因此,提出了基于粒子群算法和分区域变步长相结合的GMPPT算法,既保证了跟踪的准确性同时跟踪速度比较快;最后对提出的算法进行了仿真实验验证。
  考虑到并网逆变器输入侧母线电压的稳定直接影响MPPT算法的准确性,本文确定以单相两级式光伏并网逆变器作为研究对象,对逆变器常用的3种控制方法和光伏微网的3种控制策略进行了深入研究,并最终选用对等控制模式下的下垂控制策略作为本文的研究重点,提出了基于改进下垂控制的并网逆变器控制策略,来保证光伏发电系统不仅能将最大功率送入电网同时满足并网要求;最后通过仿真对改进的并网控制策略进行了实验验证。
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