太阳能光伏并网逆变仿真毕业论文详解

下载后可任意编辑 太阳能光伏并网逆变仿真太阳能光伏并网逆变器的讨论 物理与能源学院 新能源科学与工程专业 135032024125 萧海铃 指导老师：陈曦 摘要:随着社会不断进展，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，采纳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 1引言 1．1 讨论背景 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、可再生的能源的进展变得举足轻重。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，因此对边远地区的进展很有优势，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，符合可持续进展的要求。 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。本次实验讨论的就是太阳能发电技术，其优点如图1所示。随着科技不断进展，光伏发电技术也取得了很大的突破，有宽阔的进展前景和意义。 1．2国内外光伏发电系统的进展现状 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。2024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进展表现强劲，2024-2024年是进展迅猛的时期。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、法律规范光伏的开发、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进展迅猛的因素之一。总之，光伏发电势头火热，并且有很大的潜力。 1.3光伏发电主要讨论方向 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，其进展方向可以总结为以下几点： （1）逆变器的控制方式 例如文献[3]中设计了一种新的输出控制方法，即采纳基于前馈解耦空间矢量脉宽调制技术；文献[2]采纳新的控制方式，即基于模糊PID控制的MPPT策略；文献[4]采纳扰动观察法，是基于曲线扰动的。出现了很多新的、具有使用有用意义的方式。 （2）逆变器的拓扑结构 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讨论 光伏发电技术在不断的进展中，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 主要讨论内容 随着这项技术迅速的进展，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。因此，本文对进行了逆变器优化控制，采纳SPWM方法，提高系统的功率，降低谐波含量。本文主要内容如下： 1、 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、目前主要的讨论方向； 2、 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； 3、 对系统拓扑结构进行了设计，实行SPWM控制策略，以达到并网发电要求； 4、 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。 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 独立型光伏发电系统框架图 2.1.2并网型光伏发电系统 并网型光伏发电系统中最重要的就是逆变器，它可以将光伏电池的输出转换成达到所需要求的电能，通过控制逆变器与电力需求相匹配，然后输送到电网端。对于这个系统的讨论是目前太阳能发电技术的主流趋势，受到了广泛的关注，也是本文讨论的重点。它的结构如图3。 图3 并网型光伏发电系统框架图 2.1.3混合型光伏发电系统 混合光伏发电系统，顾名思义，即是上述两种发电系统相结合的组合。同时具有以上两种发电系统的优点，即既能够储存电能以备不时之需，也可将电流并入电网，得到广泛使用，在地点的选用上也有很大的灵活性。其结构如图4所示。 图4 混合型光伏发电系统基本框架图 2.2太阳能光伏发电系统的组成部分 光伏发电系统的基本架构有光伏阵列、控制器、逆变器、滤波器、蓄电池组、电网等。其基本结构如图5所示。 图5 太阳能光伏发电系统的构成 图中各部分的作用为：1.光伏电池阵列：其作用是将光能通过P-N结结构转换成电能，是价格最昂贵的组成部分；2太阳能控制器：它的作用是选择合适的PWM信号控制逆变器，使它输出符合要求的波形。3.逆变器：经过光伏电池输出的电流是直流电，是不能满足发电要求的，而这个部分的作用就是将其转换为符合发电要求的沟通电；4蓄电池组：其用处就是储备多余电能，以备不时之需。 2.3并网逆变器 在光伏发电系统中，光伏逆变器和控制器是其重中之重的部分，通常人们把光伏逆变器和控制器统称为逆变器。需要具备如下三个功能： （1）对逆变器输出的电流进行控制，使其输出的正弦波满足谐波小，与电网电压同频率、同相位，不产生污染。 （2）实现直流侧输入电压的稳定控制，使其处于功率最大值，最大程度的利用太阳能，光伏电池价格高，这样使得太阳能电池板物有所值，从某种意义上来说也降低了系统的成本。 （3）实现系统运行时的孤岛保护控制，防止发生孤岛效应以及其它各种保护控制，如过流，过压，欠压等，提高系统的可靠性和稳定性。这样就保证系统的高质量，提高系统使用寿命，从而减少需要进行系统维护的机率，降低工作量，降低成本。 图6 并网逆变器需符合的要求 3 光伏系统拓扑结构的设计和控制技术分析 光伏发电系统就是将太阳能通过光