太阳能光伏并网逆变仿真本科毕业论文.doc

PAGE \* MERGEFORMAT17 太阳能光伏并网逆变仿真 物理与能源学院 新能源科学与工程专业 135032012125 萧海铃 指导教师：陈曦 摘要:随着社会不断发展，开发可再生能源越发重要，太阳能具有资源丰富、可再生且清洁等优点，是非常理想的可替代能源。本文选择三相光伏电压型并网发电系统，采用SPWM的输出控制方式，提高太阳能利用效率，电流谐波小，满足光伏并网发电要求；并利用Matlab的Simulink工具箱建立了太阳能光伏并网逆变仿真，验证了在太阳能电池输出电压出现阶跃激增或突降时，电流谐波小，系统保持良好的鲁棒性。 关键词:三相电压型并网逆变器；光伏；SPWM；Matlab； 1引言 1．1 研究背景 能源危机是能源短缺或价格上涨的结果，甚至导致经济衰退，如石油价格一路上升。目前能源匮乏、环境污染的现状使得无污染的、可再生的能源的发展变得举足轻重。太阳能，作为地球上最丰富的可再生能源，在过去的11亿年里，只消耗2%的能量，可以预测的是一种取不尽，用不完的能源。且随处可得，就地取用，因此对边远地区的发展很有优势，也不需要考虑运输问题，所需成本低。最重要的是，太阳能是一种无污染的、清洁的、安全的能源，不会像石油、核能产生废气、辐射，从而对环境造成损害，符合可持续发展的要求。 图1 利用太阳能发电的优点 太阳能技术可以分为光热技术、光生物技术、光化学技术、光伏技术四类。本次实验研究的就是太阳能发电技术，其优点如图1所示[1]。随着科技不断发展，光伏发电技术也取得了很大的突破，有广阔的发展前景和意义。 1．2 国内外光伏发电系统的发展现状 根据欧洲光伏工业协会和太阳能光伏网的数据，欧洲占有其主要市场。2012年新增光伏装机的55%来自欧洲，约7.6 GW；其次是中国（5.0 GW）、意大利（3.4 GW）、美国（3.3 GW）和日本（2 GW）。对于累计装机，欧洲仍然全球领先，中国则紧跟其后，排名第二位。 我国目前光伏发电的相关产业发展表现强劲，2013-2015年是发展迅猛的时期。在国家十三五期间，出台了很多政策扶持我国光伏产业，例如规划清洁能源、规范光伏的开发、开展光伏扶贫工程等等政策。光伏发电良好的应用远景也是其发展迅猛的因素之一。总之，光伏发电势头火热，并且有很大的潜力。 1．3 光伏发电主要研究方向 逆变器是这几年来开的热点，它在整个系统中占着举足轻重的地位，其发展方向可以总结为以下几点： （1）逆变器的控制方式[3-4] 例如文献[3]中设计了一种新的输出控制方法，即采用基于前馈解耦空间矢量脉宽调制技术；文献[2]采用新的控制方式，即基于模糊PID控制的MPPT策略；文献[4]采用扰动观察法，是基于曲线扰动的。出现了很多新的、具有使用实用意义的方式。 （2）逆变器的拓扑结构[5] 根据不同的条件，逆变器的拓扑结构是有许多不同的分类的。例如根据主电路的的不同可分为半桥逆变器、全桥逆变器；根据有无变压器作为隔离，可以分为隔离和非隔离结构；根据输出电流的相位的数量，分为单相式逆变器、三相式逆变器和多相式逆变器。各种拓扑适用于各种不同的场合，实际运用中这些拓扑结构还可以相互搭配成各种不同的形式，以满足各种要求。 （3）对于大型光伏发电系统应用的相关问题研究[6-7] 光伏发电技术在不断的发展中，也有许多新的问题不断出现，例如并联控制技术，大功率并网系统和局部电网之间相互会不会产生不良的影响等等。 1．4 本文主要研究内容 随着这项技术迅速的发展，不断在控制策略、拓扑结构的改进上取得成就。并网发电的要求就是能够输出符合并网要求的电流，即与电网电压有相同的频率和相位，并且谐波小，对系统污染小[8]。因此，本文对进行了逆变器优化控制，采用SPWM方法，提高系统的功率，降低谐波含量。本文主要内容如下： 简单介绍了当今能源背景、光伏发电优点、当今光伏发电产业近况、目前主要的研究方向； 分析光伏发电系统的分类，讲述通过并网型系统输出电流需要满足的要求； 对系统拓扑结构进行了设计，采取SPWM控制策略，以达到并网发电要求； 根据前文的设计建立了仿真模型，并进行了分析；改变电感值进行了多次实验，并进行了分析； 2太阳能光伏发电系统 2.1光伏发电系统的分类 从不一样的角度切入，将太阳能发电系统分门别类的方式就有很多。凭借负载的差别，可以将太阳能光伏发电系统分为独立型光伏发电系统、并网型光伏发电系统、混合型光伏发电系统[9]。 2.1.1独立型光伏发电系统 这个系统就是将获得的电能直接输出给负载。其特点是具有蓄电池组，以提高系统运行的稳定性和可持续性，具有使用灵活、成本较低的优点。一般可以运用于为经济较不发达或者由于地形等原因电网没有办法达到的地区，例如偏远山村、通讯点等[10]。其运行结构框图如图2。 图2 独立