太阳能光伏发电控制技术研究

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太阳能光伏发电控制技术研究
摘要
在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天，太阳能利用成为世界各国争相发展的
热点。在太阳能的各种应用中，光伏发电备受关注。然而，光伏电池的输出特性具有强
烈的非线性，并且受外界环境因素影响大，所以如何有效的利用太阳能，提高太阳能利
用效率，成为太阳能利用中迫切需要解决的一个问题。太阳能光伏并网发电控制系统的
两个核心部分是光伏阵列的最大功率点跟踪(MPPT)控制和光伏并网逆变控制。本论文以
太阳能光伏发电系统为研究对象，以最大限度利用太阳能为主要目标，展开了光伏发电
控制系统的理论和实验研究。具体研究内容可归纳如下：
(1)系统地综述了课题的研究背景，对太阳能光伏发电技术进行简单介绍，引出本课
题的研究现状及研究意义。介绍了光伏发电系统的原理和基本组成，确定了本文的主要
研究内容。
(2)对光伏电池的工作原理及工作特性进行介绍，详细分析了光伏电池工作的等效电
路和数学模型，并对日照强度，电池结温和串联电阻对光伏电池输出特性的影响进行了
分析；在此基础上着重介绍了一种可模拟环境温度、光照强度、光伏阵列串并联数等参
数的光伏阵列动态通用仿真模型，解决了以往只针对特定光伏阵列建模的局限性，并给
出了仿真结果。
(3)对几种传统的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法进行了分析、研究和比较，提出
各自的优缺点，并对目前国内外常用的其他最大功率跟踪控制算法进行了系统总结；对
最大功率点跟踪控制的实现策略进行研究，建立了系统各个模块的仿真模型。比较了实
际中应用最广泛的两种最大功率跟踪算法：扰动观察法和电导增量法的跟踪性能，并提
出一种改进的扰动观察法，仿真结果表明该方法可有效减少传统扰动观察法的误判功率
损失，具有较好的动态响应速度和稳定度。
(4)建立基于SPWM的电压/电流型并网逆变器控制的数学模型，设计PI控制的参
数，分析控制系统的误差。针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器，本文采中北大学学位论文
用有效值外环、瞬时值内环的控制方法，既保证了逆变器输出的静态误差为零，又保证
了逆变器良好的输出波形。给出了同时满足独立和并网两种运行模式的输出滤波器控制
结构图。
关键词：太阳能光伏发电，光伏阵列，最大功率点跟踪(MPPT)，MATLAB仿真，双
环控制