光伏发电系统及其控制的研究

【摘要】：在世界各国竞相发展绿色可再生能源的今天,太阳能凭其独特的优点受到了一致青睐。在太阳能的各种应用中,光伏应用备受关注。随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展,太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡。独立发电(Stand-alone)系统和并网发电(Grid-connected)系统将成为光伏应用的主流。基于此,本文就光伏发电系统中的一些关键问题——如光伏阵列的最大功率点跟踪和蓄电池的优化管理、逆变器输出波形的改善和孤岛效应等方面做了详细的理论分析,建立了仿真模型,提出了相应的控制策略,并进行了实验验证。具体说来,本文的主要研究内容可归纳如下: 1.阐明了不同拓扑结构的光伏发电系统之性能和特点。 2.发展了以负载获得功率的变化代替传统的以光伏阵列输出功率的变化来进行最大功率跟踪的控制策略,在控制算法上采用改进的变步长电压扰动法,实现了光伏阵列的真正最大功率点跟踪(TMPPT);此外,在独立光伏发电系统中,通过控制算法的改进,实现了蓄电池的优化管理与光伏阵列TMPPT功能相结合。 3.详细分析了户用独立光伏发电系统中正弦波逆变器的工作原理,提出了基于输出电压反馈的模糊自适应PI控制策略,并进行了相应的实验研究,结果表明,该控制策略比传统的PI控制方式更加有效地改善了系统的动态性能。 4.详细分析了户用高频光伏并网发电系统的工作原理,首次提出了基于重复控制和电网电压前馈控制相结合的控制策略,并在Matlab╲Simulink环境下建立了相应的仿真模型,进行了仿真和实验研究,结果表明,该控制策略能够有效降低系统并网电流波形的总谐波畸变率(THD)。 5.详细分析、研究了发生孤岛效应的机理,完善了基于主动频率偏移方式实现反孤岛效应的策略,首次建立了Matlab╲Simulink环境下反孤岛效应的仿真模型,并进行了实验验证。 6.开发了基于高性能DSP芯片TMS320LF2407A的光伏发电系统的软硬件实验装置,实现了高速的数据采集、事件管理和复杂的控制算法,完善了系统的智能保护措施。 7.完善了基于VB6.0、高性能DSP芯片TMS320LF2407A和W77E58芯片的系统监控、显示和通讯软件,实现了对光伏发电系统的数据通讯和远距离监控。