【摘 要】
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近年来,随着世界经济的快速发展,对传统化石能源的需求不断提升,能源供应持续紧缺,带来了一系列能源成本和环境污染等问题。为解决现有传统能源来源的局限性和单一性,太阳能、风能等可再生能源逐渐得到广泛应用。光伏能源取之不尽、用之不竭,已成为新能源最热门的研究领域之一。如何高效地利用太阳能是光伏发电的重点,光伏最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,简称MPPT）技术的改
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近年来,随着世界经济的快速发展,对传统化石能源的需求不断提升,能源供应持续紧缺,带来了一系列能源成本和环境污染等问题。为解决现有传统能源来源的局限性和单一性,太阳能、风能等可再生能源逐渐得到广泛应用。光伏能源取之不尽、用之不竭,已成为新能源最热门的研究领域之一。如何高效地利用太阳能是光伏发电的重点,光伏最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,简称MPPT）技术的改进和储能充放电协调控制逐渐成为提高光伏发电效率的有效途径。本文对光储并网系统展开深入研究。在光伏电池输出特性的基础上,分析现有MPPT技术的优缺点,针对均匀光照条件和局部遮阴条件,分别提出高效率的改进电导增量法（Incremental Conductance,简称INC）和改进蜉蝣优化算法（Mayfly Optimization Algorithm,简称MA）。基于MATLAB/Simulink,研究在外界光照条件变化下储能系统的控制策略和光伏并网逆变器的控制策略。主要研究内容如下:（1）基于光伏电池发电原理,对光伏电池的工程应用数学模型进行研究。仿真分析温度和辐照度对光伏电池P-U和I-U输出特性的影响。模拟均匀光照以及局部遮阴条件下光伏阵列P-U输出特性曲线的单峰、多峰特性,为最大功率点跟踪技术的研究提供理论依据。（2）针对传统INC算法的振荡与误判问题,结合变步长与功率预测,提出一种改进的INC算法。根据MPPT工作点所处区域位置和电导率的变动幅度,动态调整算法步长;当太阳光照强度剧烈变化时,基于预测模型使预测功率点与下一实测功率点近似位于同一条I-U特性曲线,克服误判,提高算法的跟踪精度。通过仿真验证改进的INC算法相较于传统算法在跟踪时间和跟踪精度上的优越性。（3）在局部遮阴条件下,光伏阵列的输出功率曲线呈现多峰特性,导致传统最大功率点跟踪技术无法保证光伏电池的最大功率输出。为此本文提出将改进的MA算法应用到最大功率跟踪控制中:通过引入重力因子和限制雄性蜉蝣的搜索空间,增强算法的寻优精度,减小算法在最大功率点（Maximum Power Point,简称MPP）附近的振荡及避免早熟现象的发生。选择三种测试函数对算法进行校验,并在辐照度迅速变化和复杂阴影遮挡条件下,建立基于Boost电路的MPPT模型,验证算法在MPP跟踪过程中的有效性。仿真结果表明,改进的MA算法在复杂遮阴条件下能够有效收敛到MPP,具有较高的效率和精度。（4）基于双向半桥DC-DC变换器拓扑结构和工作原理,研究储能系统的PI控制策略。对储能系统进行充放电控制,以抑制光伏波动对电网的冲击。仿真结果表明,在光伏输出不断变化的动态条件下,储能系统响应时间快,且直流母线电压能够稳定在设定值附近,满足系统的能量流动需求。（5）基于三相光伏并网逆变器的数学模型,通过坐标变换,实现逆变器网侧电压按d轴定向的P-Q解耦控制。基于并网逆变器电网电压矢量定向（Voltage Oriented Vector Control,简称VOC）的双环控制策略,建立光储并网系统模型,并进行光储协调控制仿真分析。仿真结果表明所用策略能实现并网逆变器单位功率因数运行,储能系统在光伏并网后能够配合电网电压变化及功率交换,动态响应迅速,并网控制效果良好。
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