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光伏发电关键技术及电动汽车充电站可靠性研究

于蓉蓉  
【摘要】:光伏发电和电动汽车是新能源领域的两大重要发展方向。本文以光伏发电系统中的光伏电池和光伏逆变器,以及电动汽车充电站为研究对象,对光伏电池外特性、光伏逆变器控制算法和电动汽车充电站可靠性等问题进行了系统深入的研究。 论文首先以单体光伏电池和光伏电池板的构成关系为依据,推导出了二者的输出特性方程,给出了仿真模型建立方法,并在此基础上,推导出了复杂光照情况下光伏阵列的输出特性方程。根据输出特性方程,重点对基于最优梯度法的最大功率点跟踪算法进行了深入研究,提出了一种基于近似梯度法的最大功率点跟踪算法,该算法结合了最优梯度法自动调整搜索步长、自动判断搜索方向,以及干扰观测法硬件电路实现简单的优点,提高了算法的实用性和有效性。 针对已有光伏并网逆变器模糊控制算法过多依赖专家经验且需要对隶属度函数、模糊规则反复调试的缺点,在建立逆变器输出级数学模型的基础上,提出了一种基于T-S模糊模型的并网电流调节算法,该算法可根据电路离散模型精确调整功率开关管占空比,实现并网电流对参考电流的快速且精确跟踪。 针对T-S模糊控制算法无法处理电路未知或不精确参数的缺点,对光伏并网逆变器预测电流控制算法进行了深入研究,进一步提出了一种改进型预测电流控制算法。该算法通过对控制目标进行优化设计,减少了预测过程中的假设近似环节,从而降低了电感值未知导致的电路模型参数偏差对系统稳定性的影响,改善了预测算法的可靠性和准确性,提高了系统稳定所允许的模型电感和实际电感的不匹配程度。 针对预测电流控制算法忽略线阻且未考虑干扰信号的缺点,提出了一种适用于光伏并网逆变器的自适应控制算法,该算法基于李雅普诺夫直接法进行设计,在达到控制目标和保证系统稳定的前提下,实现了根据实时采样数据对电路未知参数进行自适应调节,并在此基础上进一步研究了干扰信号对该算法的影响,实现了干扰信号的实时预测,从而极大增强了系统对噪声的抑制能力。 从可靠性分析的角度对电动汽车充电站典型拓扑结构进行了研究,提出了一种多负载系统可靠度计算方法,基于该方法计算出了典型拓扑结构下充电站的可靠度和平均无故障工作时间。通过对典型拓扑结构的对比研究,权衡可靠性和经济性两项指标,提出了冷备用冗余供电方式充电站和分布式充电站,最终将冷备用冗余供电方式引入到分布式充电站中,提出了一种N+1冗余供电的分布式充电站结构,通过对这三种充电站进行可靠性对比分析,验证了N+1冗余供电的分布式充电站是综合可靠性和经济性两方面优势的最优方案。


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